עוצמתיחות

[ממוזער|הקונסטרוקציה הפשוטה ביותר של טנסגריטי (פירמידת T3). כל אחד משלושת החלקים הדחוסים (בירוק) סימטרי ביחס לשניים האחרים, וסימטרי מקצה לקצה. כל קצה מחובר לשלושה כבלים (באדום), שמספקים מתיחה ומגדירים בדיוק את מיקומו של הקצה באופן דומה לכבלים של [סקיילון (פסטיבל בריטניה)|הסקיילון המגדירים את קצה העמוד המפולס.]]
**עוצמתיחות, טנסגריטי**, **שלמות מתוחה** או **דחיסה צפה** היא עיקרון מבני המבוסס על מערכת של רכיבים מבודדים הנתונים בדחיסה בתוך רשת של מתיחות רציפה, המסודרים בצורה כזו שהחלקים הדחוסים (בדרך כלל מוטות או סמוכות) אינם נוגעים אחד בשני, בעוד שהחלקים המתחברים המותחים (בדרך כלל כבלים או גידים) מקבעים את המערכת במרחב.

מבני טנסגריטי נמצאים הן בטבע והן באובייקטים מעשה ידי אדם: בגוף האנושי, העצמות מוחזקות בדחיסה בעוד שהגידים מחזיקים אותן במתיחה, והעקרונות הללו מיושמים גם בעיצוב רהיטים, אדריכלות ועוד.

המונח טנסגריטי הומצא על ידי באקמינסטר פולר בשנות ה-60 כהלחם של המילים האנגליות "שלמות" ו-"מתיחה".

## המהות העיקרית

מבנה עוצמתיחות מתאפיין בכמה עקרונות בסיסיים המגדירים את תכונותיו הייחודיות:

# **מתיחה רציפה**: עקרון יסוד בעוצמתיחות, רכיבי המתיחה – בדרך כלל כבלים או גידים – יוצרים רשת רציפה המקיפה את כל המבנה. זה מאפשר הפצת לחצים מכניים באופן שווה ומחזיק את צורת המבנה, מה שתורם ליציבות ולגמישות של המערכת.
# **דחיסה לא רציפה**: רכיבי הדחיסה, כמו סמוכות או מוטות, נבדלים בכך שהם אינם נוגעים ישירות זה בזה אלא תלויים בתוך רשת המתיחה. זה מסיר את הצורך בחיבורים קשיחים, ומשפר את היעילות המבנית והעמידות של המערכת.
# **מתוח לפני הרכבה**: היבט חשוב במבני עוצמתיחות הוא מצבם המותח לפני הרכבתם, שבו רכיבי המתיחה נמתחים במהלך תהליך ההרכבה. המתיחה לפני הרכבה תורמת באופן משמעותי לקשיחות וליציבות של המבנה, ומבטיחה שכל הרכיבים יהיו או במתיחה או בדחיסה תמיד.
# **איזון עצמי**: מבני עוצמתיחות מאזנים את עצמם ומפיצים את הלחצים הפנימיים באופן אוטומטי לאורך המבנה. זה מאפשר להם להסתגל לעומסים משתנים מבלי לאבד את שלמות המבנה.
# **מינימליזם ויעילות**: מערכות עוצמתיחות מאמצות פילוסופיית עיצוב מינימליסטית, תוך שימוש בכמות מינימלית של חומרים להשגת עוצמה מבנית מרבית.
# **הרחבה ומודולריות**: עקרונות העיצוב של העוצמתיחות מאפשרים הרחבה ובנייה מודולרית. מבני עוצמתיחות יכולים להיות מותאמים או מורחבים בגודל ובמורכבות בהתאם לדרישות ספציפיות.

בשל הדפוסים הללו, אף רכיב מבני לא נתון למומנט כיפוף ואין לחץ גזירה בתוך המערכת. תכונה זו מאפשרת להפיק מבנים חזקים במיוחד ונוקשים עבור המסה שלהם ולחתך הרכיבים.

עקרונות אלה יחד מאפשרים למבני טנסגריטי להשיג איזון של כוח, עמידות וגמישות, מה שהופך את הרעיון ליישום רחב בתחומים כמו אדריכלות, רובוטיקה וביומכניקה.

## דוגמה אדריכלית מוקדמת
[upright|ממוזער|left|ה[סקילון (פסטיבל בריטניה)|סקילון בפסטיבל בריטניה, 1951]]

מבנה עוצמתיחות קונספטואלי הוקם בפסטיבל סקיילון ב-1951. הוא בנוי משישה כבלים, שלושה בכל קצה, המחזיקים את המגדל במקומו. שלושת הכבלים המחוברים לקצה התחתון "מגדירים" את מיקומו. שלושת הכבלים האחרים שומרים עליו אנכי.

עוצמתיחות בעלת שלושה מוטות (המוצג למעלה בהדמיה מסתובבת של פירמידת T3) נשענת על המבנה הפשוט הזה: הקצוות של כל מוט ירוק דומים לקצה העליון והתחתון של הסקיילון. כל עוד הזווית בין כל שני כבלים קטנה מ-180°, מיקום המוט מוגדר היטב. למרות ששלושה כבלים הם המינימום הדרוש ליציבות, ניתן לחבר כבלים נוספים לכל צומת לצורכי אסתטיקה ולעודפות. לדוגמה, מגדל ה־Needle Tower של סנלסון משתמש בדפוס חוזר הנבנה באמצעות צמתים המחוברים לחמישה כבלים כל אחד.

אלינור הארטני מציינת את השקיפות הוויזואליות כתכונה אסתטית חשובה של מבנים אלה. Korkmaz *et al.* טוענים כי מבני עוצמתיחות קלים מתאימים לאדריכלות אדפטיבית.

## יישומים
### אדריכלות
היישום של העוצמתיחות באדריכלות התפשט בשנות ה-60, כאשר Maciej Gintowt ו-Maciej Krasiński עיצבו את ה-Spodek בקטוביץ', פולין, כאחד מהמבנים הגדולים הראשונים שהשתמשו בעקרון העוצמתיחות. הגג מורכב ממשטח מישורי המוחזק על ידי מערכת כבלים שמחזיקים את היקפו. עקרונות עוצמתיחות שימשו גם בתכנון אולם ההתעמלות של דייוויד גייגר באולימפיאדת סיאול (1988), וב-Georgia Dome (אולימפיאדת אטלנטה 1996).
[ממוזער|left|הגשר הגדול ביותר בטנסגריטי בעולם, [Kurilpa Bridge – בריסביין]]
ב-4 באוקטובר 2009, נפתח גשר קורילפה בבריסביין שבאוסטרליה. מדובר במבנה כבלי-עמוד מרובה מבוסס עקרונות עוצמתיחות, והוא כיום הגשר העוצמתיחות הגדול בעולם.

### רובוטיקה
[ממוזער|right|הרובוט "סופר בול בוט" של [NASA Ames|NASA, פרוטוטיפ מוקדם לנחיתה על כוכב לכת אחר ללא כרית אוויר, ולאחר מכן יכולת תנועה לחקור. מבנה ה"טנסגריטי" מספק עמידות מבנית הסופגת כוחות פגיעת הנחיתה והמעבר מתבצע על ידי שינוי אורכי כבלים, 2014.]]

מאז תחילת שנות ה-2000, עוצמתיחות משכה את תשומת הלב של רובוטיקאים בשל הפוטנציאל שלהן לעצב רובוטים קלים ועמידים. מחקרים רבים חקרו רובוטים מסוג "רובוטי עוצמתיחות", רובוטים ביומימטיים, ורובוטים רכים מודולריים. רובוט העוצמתיחות המפורסם ביותר הוא ה-סופר בול בוט, רובוט למטרות חקר חלל באמצעות מבנה עוצמתיחות של 6 קשתות, הנמצא בפיתוח ב-NASA Ames.

### אנטומיה
ביועוצמתיחות, מונח שהמציא סטפן לוין, הוא יישום תאורטי מורחב של עקרונות הטנסגריטי למבנים ביולוגיים. מבנים ביולוגיים כגון שרירים, עצמות, חיתולית, רצועות וגידים, או ממברנות תאים נוקשות וגמישות, מתחזקים על ידי שילוב בין חלקים מתוחים ובלתי מכווצים. מערכת השרירים-שלד האנושית מורכבת מרשת רציפה של שרירים ורקמות חיבור, בעוד שהעצמות מספקות תמיכה דחיסתית בלתי רציפה, ומערכת העצבים שומרת על מתח במהלך החיים באמצעות גירוי חשמלי. לוין טוען כי עמוד השדרה האנושי, הוא גם מבנה עוצמתיחות אף שאין תמיכה לתיאוריה זו מבחינה מבנית.

### ביוכימיה
דונלד אי. אינגבר פיתח תיאוריה של עוצמתיחות כדי לתאר תופעות רבות שנצפו בביולוגיה מולקולרית. לדוגמה, הצורות המופיעות בתאים, בין אם זו תגובתם ללחץ המופעל, אינטראקציות מולקולריות בין פיברילין ואקטין, או חלוקה לשניים של DNA קשורה לשילוב של מתח-מתח פנימי. אינגבר טוען כי העוצמתיחות שולטת במרבית התהליכים הפיזיולוגיים בגוף, ורקמות רבות ומערכות חיות, כולל התפקוד המולקולרי, התגובה ללחץ ועוד.

## פטנטים
* "מבנים בעלי שלמות מתיחה", 13 בנובמבר 1962, באקמינסטר פולר.
* פטנט צרפתי מס' 1,377,290, "בניית רשתות אוטוטנדנטיות", 28 בספטמבר 1964, דוד ג'ורג' אמריך.
* פטנט צרפתי מס' 1,377,291, "מבנים ליניאריים אוטוטנדנטיים", 28 בספטמבר 1964, דוד ג'ורג' אמריך.
* "בניית תלייה" (המכונה גם אספנשן), 7 ביולי 1964, באקמינסטר פולר.
* "מבנה עם מתיחה רציפה, דחיסה לא רציפה," 16 בפברואר 1965, קנת' סלסון.
* "מבנים בעלי שלמות מתיחה לא סימטרית," 18 בפברואר 1975, באקמינסטר פולר.

## מבני עוצמתיחות בסיסיים


File:3-tensegrity.svg|המבנה הפשוט ביותר של עוצמתיחות, פְּרִיזְמָה בת 3 קודקודים
File:Tensegrity 3-Prism.png|פְּרִיזְמָה נוספת בת 3 קודקודים
File:4-tensegrity.svg|מבנה דומה אך עם ארבעה רכיבי דחיסה
File:Proto-Tensegrity by Ioganson.jpg|פרוטו-טנסגריטי פריזמה מאת קרל יוהנסון, 1921
File:Tensegrity Tetrahedron.png|עוצמתיחות טטרהדרון, פרנצ'סקו דלה סאלה, 1952
File:Tensegrity X-Module Tetrahedron.png|עוצמתיחות טטרהדרון מודול X, קנת' סלסון, 1959


## מבני עוצמתיחות


File:Kenneth Snelson Needle Tower.JPG|פסל האמנות "מגדל מחט" מאת קנת' סלסון.
File:Tensegrity Dome.jpg|כיפת עוצמתיחות עשויה ממסמרות גן ופי.וי.סי, נבנתה בחצר בית בשנת 2009
File:Tensegrity Structure - Science Park - Science City - Kolkata 2010-02-18 4567.JPG|תצוגת מבנה עוצמתיחות בגובה 12 מטר בפארק המדע, קולקטה.
File:AfrikaBurn 2015 Dissipate.JPG|*Dissipate*, מגדל בצורת שעון חול הכולל מבנה עוצמתיחות, נבנה ב־AfrikaBurn, 2015, אירוע אזורי של פסטיבל ברנינג מן


## ראו גם
* מבנה מתיחה
* כבל (מבנה)

## לקריאה נוספת

* 
* 
*  Online
*  סקירה טובה על היקף הטנסגריטי מנקודת מבטו של פולר, וסקירה מעניינת של מבנים מוקדמים עם ייחוסים מדויקים ברובם.
*  הדפסה מחודשת מ-2003 . מקום מצוין להתחיל בו ללמוד על המתמטיקה של טנסגריטי ובניית מודלים.
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* Edmondson, Amy (2007). "A Fuller Explanation", Emergent World LLC
* 
* 
* 


## קישורים חיצוניים

* 

## הערות שוליים

קטגוריה:טכנולוגיות בנייה