ScienceTower of strengthWhat is the

Science
Tower of strength
What is the connection between a structure made of drinking straws and elastic bands, and cellular biology? Peter Forbes investigates
Peter Forbes
Thursday 5 September 2002 02.54 BST Last modified on Friday 8 January 2016 00.50 GMT

Share on Pinterest Share on LinkedIn Share on Google+
Shares
0
Save for later
Of all the stories of art influencing science, tensegrity is one of the most far-reaching. On one level, tensegrity is a system of creating architecture or sculptures involving rods in compression and wires in tension. It was invented by American sculptor Kenneth Snelson at Black Mountain College, the hotbed of international modernism, in 1948. Snelson was a student at the University of Oregon, taking part in a summer school with Joseph Albers and Buckminster Fuller.
Using a conventional Calder mobile as a starting point, he then added tension wires to the free-floating members. Fuller encouraged him and when they met up again the next year, Snelson had perfected a concept in which stiff rods can be supported without touching by a network of wires. The idea was entirely Snelson's but "tensegrity" was coined by Fuller.

Snelson went on to make many tensegrity sculptures, the most famous of which is the 60-foot high Needle Tower (1968), now in the Hirshhorn Museum and Sculpture Garden, Washington DC. It can be seen at the Kroller Museum, Otterlo, Holland. Both Fuller (1962) and Snelson (1965) patented tensegrity concepts.

Basic tensegrity structures can be made from three straws, six paperclips and nine rubber bands. When the structure is wired up, you can see that none of the rods actually touch: they're held in equilibrium by the rubber bands. Even this simplest model has very interesting properties. Although drinking straws are weak, with a tendency to buckle, the tension bands hold them in such a way that the compressive force is always directed straight down the tube and buckling doesn't happen. The first thing you notice if you make one is that it is immensely fiddly to assemble - pieces keep falling apart - but once the last band is secured, you can fling the object around, squash it and it seems indestructible.

The structure isn't symmetrical in its properties. In one direction, it squashes flat and bounces back. In the other direction, it resists the pressure. If you were God, wanting to create versatile 3D structures out of nothing much, tensegrity would take some beating.

Advertisement

It is strange that architects and engineers didn't discover the principle before 1948, since the benefits of tensile structures over compressive ones had been known since the first suspension bridge in 1796. And the great maverick biologist D'Arcy Thompson in On Growth and Form (1917) had extensively analysed the principles of tension and compression both in nature and engineering.

Kenneth Snelson believed that tensegrity was a pure art and that it would never be really useful architecturally. It took some time to prove him wrong, but in the 1980s, tensegrity architecture began to appear. The key protagonist was David Geiger and the first important structure was his Gymnastics Hall at the Korean Olympics in 1988.

But it is in biology that tensegrity is making waves. What is it that prevents living things from collapsing to a blob of jelly on the floor? Unsurprisingly, it is likely to be tensegrity. For a long time, the mechnical properties of cells were ignored by biologists: the cell was just an "elastic bag" full of interesting chemicals. But there has to be an architecture: tissue is tough, resilient stuff that keeps its shape.

The human body is certainly a tensegrity structure: it consists of 206 bones - tensegrity rods - that do not touch, held together by tendons and muscles. And the tension of living cells seems to be maintained by tensegrity structures within the cell: microfilaments play the role of the rubber bands and stiff microtubules are the rods.

Donald Ingber, at the Harvard Medical School, researches how cells move and stick to each other, and he believes that tensegrity offers "the most unified model of cell mechanics". It explains some basic properties of cells very well.

If cells are placed on a microscope slide, they flatten under gravity. When cells are surrounded by other cells, proteins called integrins attach one cell to another at specific locations. These act as tensegrity wires, pulling the cells taut in all directions. When the integrin network is disrupted, the cells sag. And when cells are placed on a flexible base, such as a rubber sheet, they pucker the sheet. Tensegrity accounts for these cells' properties , and they can be demonstrated with the model.

Whether or not the cell is a tensegrity structure is still controversial, but in a series of recent papers, Ingber and his team have been gradually picking off the objections with detailed studies of the cell's skeleton. For the lay observer, pictures of the cell showing a geodesic structure are highly suggestive.

It has been a long road since Black Mountain College in 1948, but it all comes back to Kenneth Snelson and his sculpture. Once asked what he would save from a fire in his office, Donald Ingber replied: "The tensegrity model made by Kenneth Snelson, a gift from the artist himself.

Kết quả (Việt) 2:

Khoa học
tháp của sức mạnh
kết nối giữa một cấu trúc làm bằng ống hút uống và các ban nhạc đàn hồi, và sinh học tế bào là gì? Peter Forbes tra
Peter Forbes
Thứ năm 05 Tháng 9 2002 02.54 BST Sửa lần cuối vào Thứ Sáu ngày 08 Tháng Một năm 2016 00.50 GMT Share on Pinterest Share on LinkedIn Chia sẻ trên Google+ Cổ phiếu 0 Lưu cho sau này Trong tất cả những câu chuyện về nghệ thuật ảnh hưởng đến khoa học, tensegrity là một trong những xa nhất -reaching. Ở một mức độ, tensegrity là một hệ thống tạo ra kiến trúc hoặc điêu khắc liên quan đến thanh nén và dây điện trong sự căng thẳng. Nó được phát minh bởi nhà điêu khắc người Mỹ Kenneth Snelson tại Black Mountain College, mảnh đất màu mỡ của chủ nghĩa hiện đại quốc tế, vào năm 1948. Snelson là một sinh viên tại Đại học Oregon, tham gia vào một chương trình học hè với Joseph Albers và Buckminster Fuller. Sử dụng một điện thoại di động thông thường Calder như là một điểm khởi đầu, sau đó ông nói thêm dây căng thẳng cho các thành viên trôi nổi tự do. Fuller khuyến khích ông và khi họ gặp nhau một lần nữa trong năm tới, Snelson đã hoàn thiện một khái niệm mà trong đó các thanh cứng có thể được hỗ trợ mà không cần chạm bởi một mạng lưới dây điện. Ý tưởng là hoàn toàn Snelson nhưng "tensegrity" được đặt ra bởi Fuller. Snelson đó đã tạo ra nhiều tác phẩm điêu khắc tensegrity, nổi tiếng nhất trong số đó là các kim Tower 60-foot cao (1968), hiện là Bảo tàng Hirshhorn và điêu khắc Garden, Washington DC. Nó có thể được nhìn thấy ở Bảo tàng Kroller, Otterlo, Hà Lan. Cả hai Fuller (1962) và Snelson (1965) cấp bằng sáng chế khái niệm tensegrity. Cấu trúc tensegrity cơ bản có thể được làm từ ba ống hút, sáu cái ghim giấy và chín ban nhạc cao su. Khi cấu trúc được dây lên, bạn có thể thấy rằng không ai trong số các thanh thực sự chạm vào: họ đang tổ chức ở trạng thái cân bằng bởi các ban nhạc cao su. Ngay cả mô hình đơn giản này có đặc tính rất thú vị. Mặc dù ống hút uống là yếu, có một xu hướng để khóa, các ban nhạc căng thẳng giữ chúng trong một cách mà các lực nén luôn hướng thẳng xuống ống và oằn không xảy ra. Điều đầu tiên bạn nhận thấy nếu bạn thực hiện một là nó là vô cùng khó sử dụng để lắp ráp - miếng giữ rơi xuống ngoài -. Nhưng một khi ban nhạc cuối cùng được bảo mật, bạn có thể ném các đối tượng xung quanh, bí nó và có vẻ như không thể phá hủy các cấu trúc không phải là đối xứng trong các thuộc tính của nó. Trong một hướng, nó squashes phẳng và bị trả lại. Theo một hướng khác, nó chống lại các áp lực. Nếu bạn là Thiên Chúa, muốn để tạo ra cấu trúc 3D linh hoạt trong không có gì nhiều, tensegrity sẽ mất một đập. Advertisement Điều lạ lùng là các kiến trúc sư và kỹ sư đã không phát hiện ra các nguyên tắc trước khi năm 1948, kể từ khi những lợi ích của các cấu trúc bền hơn những người không nén đã được biết đến kể từ khi cây cầu treo đầu tiên trong 1796. Và các Maverick sinh học tuyệt vời D'Arcy Thompson trong On Tăng trưởng và Form (1917) đã phân tích chi tiết các nguyên tắc của sự căng thẳng và nén cả trong tự nhiên và kỹ thuật. Kenneth Snelson tin tensegrity đó là một nghệ thuật tinh khiết và rằng nó sẽ không bao giờ được thực sự hữu ích về kiến trúc. Phải mất một thời gian để chứng minh anh ta sai, nhưng trong năm 1980, kiến trúc tensegrity bắt đầu xuất hiện. Các nhân vật chính chính là David Geiger và các cấu trúc quan trọng đầu tiên là Thể dục Hội trường của mình tại Thế vận hội Hàn Quốc vào năm 1988. Nhưng đó là trong sinh học mà tensegrity là làm cho sóng. Đó là những gì có thể ngăn chặn các sinh vật sống từ sụp đổ một giọt thạch trên sàn nhà? Không ngạc nhiên, nó có thể sẽ là tensegrity. Trong một thời gian dài, các tính chất của các tế bào mechnical đã bị bỏ qua bởi các nhà sinh học: trong tế bào là chỉ là một "túi đàn hồi" đầy hóa chất thú vị. . Nhưng đó có phải là một kiến trúc: mô là khó khăn, thứ đàn hồi mà giữ hình dạng của nó Cơ thể con người chắc chắn là một cấu trúc tensegrity: nó bao gồm 206 xương - thanh tensegrity - mà không chạm vào, được tổ chức với nhau bằng dây chằng và cơ bắp. Và sự căng thẳng của các tế bào sống có vẻ như được duy trì bởi các cấu trúc tensegrity bên trong tế bào: microfilaments đóng vai trò của các ban nhạc cao su và các vi ống cứng là những que. Donald Ingber, tại Trường Y khoa Harvard, nghiên cứu cách các tế bào di chuyển và gắn bó với nhau , và ông tin rằng tensegrity cung cấp "các mô hình thống nhất nhất của cơ học tế bào". Nó giải thích một số tính chất cơ bản của tế bào rất tốt. Nếu tế bào này được đặt trên một lam kính, họ san bằng trọng lực. Khi tế bào này được bao quanh bởi các tế bào khác, protein gọi là integrins đính kèm một tế bào khác tại các địa điểm cụ thể. Những hành động như dây tensegrity, kéo căng các tế bào trong tất cả các hướng. Khi mạng integrin được phá vỡ, các tế bào võng. Và khi các tế bào được đặt trên cơ sở linh hoạt, chẳng hạn như một tấm cao su, họ nhăn giấy. Tensegrity chiếm thuộc tính này trong tế bào, và chúng có thể được chứng minh bằng các mô hình. Có hay không các tế bào là một cấu trúc tensegrity vẫn còn gây tranh cãi, nhưng trong một loạt các giấy tờ gần đây, Ingber và nhóm của ông đã từng bước được chọn ra sự phản đối với nghiên cứu chi tiết của bộ xương của tế bào. Đối với các quan sát viên giáo dân, hình ảnh của các tế bào cho thấy một cấu trúc đo đạc là rất khêu gợi. Nó đã được một chặng đường dài kể từ khi Đen Mountain College vào năm 1948, nhưng tất cả trở lại với Kenneth Snelson và điêu khắc của mình. Khi được hỏi anh sẽ tiết kiệm được từ một đám cháy tại văn phòng của ông, Donald Ingber trả lời: "Các mô hình tensegrity do Kenneth Snelson, một món quà từ các nghệ sĩ mình.