C-Tubes: когда плоское становится объёмным
Исследователи из Лаборатории геометрических вычислений (GCM) при Школе компьютерных и коммуникационных наук (IC) EPFL представили инновационный подход к созданию трёхмерных конструкций — C-Tubes («С-образные трубки»). Эта технология позволяет формировать сложные, изогнутые, даже спиралевидные трубчатые структуры из плоских полос материала, которые сгибаются без растяжения и сморщивания. Всё это стало возможным благодаря использованию так называемых развёртываемых поверхностей — таких, которые можно трансформировать из плоскости в объём без искажений.
Статья команды «C-Tubes: Design and Optimization of Tubular Structures From Developable Strips» была представлена на престижной международной конференции ACM SIGGRAPH 2025, где получила почётное упоминание в номинации «Лучшая статья».
«Представьте, что вы берёте лист бумаги и сворачиваете его в цилиндр — он остаётся целым, без разрывов и складок. Такие поверхности называются развёртываемыми, — объясняет Клара Мундилова, научный сотрудник GCM. — Однако проектирование сложных форм с их использованием — задача непростая. Обычно требуется множество проб и ошибок, чтобы избежать искажений. Мы пошли другим путём: мы не просто моделируем форму — мы конструируем её из деталей, которые гарантированно можно изготовить из плоского материала».
Как это работает?
Идея C-Tubes проста, но гениальна. Вместо того чтобы пытаться придать сложную форму целому листу, исследователи вырезают из него узкие полосы, которые затем сгибают и соединяют между собой, формируя замкнутые трубчатые структуры. Эти трубы могут изгибаться, скручиваться и петлять в пространстве, сохраняя при этом высокую жёсткость и прочность — несмотря на то, что до сборки материал был гибким.
В основе технологии — элегантная математика развёртываемых поверхностей, дополненная алгоритмами численной оптимизации. Алгоритм автоматически анализирует целевую форму, корректирует параметры и генерирует набор развёртываемых полос, которые можно легко вырезать, согнуть и собрать. Это гарантирует, что итоговая конструкция будет не только красивой, но и физически реализуемой.
«Наша цель — освободить дизайнеров от технических ограничений производства, — говорит Мишель Видулис, аспирант GCM. — Пусть они сосредоточатся на эстетике, функциональности и инновациях. Алгоритм позаботится о том, чтобы всё работало в реальности».
Экологичность, экономия и устойчивое будущее
C-Tubes — это не только прорыв в дизайне, но и шаг к более устойчивому производству:
- Минимум отходов: плоские заготовки легко оптимизировать по площади, что снижает расход материала.
- Простота транспортировки: конструкции можно доставлять в разобранном виде — плоские листы занимают в разы меньше места.
- Меньше энергии: отсутствие необходимости в литье, штамповке или 3D-печати снижает энергопотребление.
- Лёгкость и прочность: C-образные трубы обладают высокой жёсткостью при минимальном весе — идеально для мебели, освещения и архитектуры.
«Это более экологичный подход, — отмечает архитектор Флорин Искорану из GCM. — Меньше материала, меньше отходов, меньше энергии. И при этом — больше возможностей для творчества».
От прототипов к будущему
Команда уже создала несколько впечатляющих прототипов: кресло-качалку, в котором изогнутые C-трубы образуют каркас, и лампу, чья форма напоминает спиральную раковину. Оба объекта демонстрируют, как математика может порождать красоту.
Но потенциал технологии гораздо шире. Исследователи видят применение C-Tubes в:
- архитектуре — купола, изогнутые фасады, лёгкие несущие конструкции;
- транспорте — корпуса судов, элементы автомобильных шасси;
- промышленном дизайне — мебель, освещение, декор;
- робототехнике — лёгкие, гибкие, но прочные каркасы.
Встреча науки, дизайна и реальности
Однако, как отмечает профессор Марк Паули, руководитель GCM, главный вызов — не в технологии, а в инерции внедрения:
«У дизайнеров и инженеров уже есть привычные инструменты. Нам нужно показать, что с C-Tubes можно создавать ещё более интересные вещи — без усложнения производства. Мы ищем партнёров, готовых вместе с нами воплотить эту идею в реальные проекты».
Для Паули C-Tubes — это не просто исследование, а мечта, ставшая работой:
«Мы прошли путь от физических прототипов к глубокой математике, стоящей за ними. Красота лампы, которую мы создали, поражает. Но не менее прекрасна и математическая основа — изящная теория, мощные алгоритмы, физическая реализация. На пересечении всего этого и рождается настоящая элегантность».
C-Tubes — это не просто новые трубы. Это новый способ мышления о форме, материале и будущем дизайна. Там, где раньше были ограничения, теперь — пространство для творчества, поддерживаемое математикой.
Ключевые преимущества C-Tubes:
- Создание сложных 3D-форм из плоских материалов
- Отсутствие растяжения и складок (развёртываемые поверхности)
- Высокая жёсткость и прочность при низком весе
- Минимум отходов и энергии
- Лёгкость транспортировки и сборки
- Интеграция дизайна и производства через алгоритмы
Источник: https://actu.epfl.ch/news/elegant-mathematics-bending-the-future-of-design/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
