一项被称为折纸艺术（kirigami）的古老日本折叠和切割纸张的艺术形式，日益启发着新一代工程材料，并催生出令人惊叹的优美且坚固的设计。麻省理工学院研究人员的最新成果，结合了蜂窝和人体骨骼的特性，进一步加强了先进的建筑材料，并有可能提高某些飞机、航天器和机器人的韧性。
正如将在美国机械工程师学会即将举行的计算机与信息工程会议上发表的新论文中所详述的，麻省理工学院比特与原子中心（CBA）的团队开发了一种制造板式晶格的新方法——这是一种在汽车和航空航天设计中有用、高性能的材料。“这种材料就像钢制软木。它比软木轻，但具有高强度和高刚度，”论文的资深作者兼麻省理工学院比特与原子中心（CBA）的首席研究员Neil Gershefeld解释道。
为了取得突破，工程师们修改了传统的折纸三浦折（Miura-ori crease），该折法已用于制造“夹层结构”的板式晶格，即将瓦楞芯置于两个平板之间。虽然传统的板式晶格夹层结构通常采用缓慢、昂贵且困难的粘合和焊接工艺，但该团队将三浦折设计的锐角修改为平面，允许通过铆钉和螺栓连接板材。这种修改后的设计可以通过不同的折痕图案和形状进一步定制，以调控特定的刚度、柔韧性和强度——这与骨骼和蜂窝中发现的细胞形状非常相似。
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根据该团队的发现，经过折纸艺术增强的板式晶格承受的力是标准铝制瓦楞设计的近三倍。这种变体在汽车、飞机和航天器中所需的轻质、减震部件方面显示出巨大的潜力。
“板式晶格的构建一直非常困难，因此在宏观尺度上的研究很少，”该论文的联合首席作者兼CBA研究助理Alfonso Parra Rubio解释道。“我们认为折叠是更容易利用这类金属板结构的一种途径。”
为了展示折纸艺术在结构和艺术方面的潜力，该团队的一些研究生甚至设计了三件大型三维雕塑，目前正在麻省理工学院媒体实验室展出。“归根结底，艺术品之所以可能，是因为我们在论文中展示的数学和工程贡献，”Parra Rubio说。“但我们不想忽视我们工作的审美力量。”
目前，这种新的板式晶格制造方法在建造前仍然难以建模。然而，该团队打算在未来开发用户友好的CAD工具，以简化和优化折纸晶格的设计过程。根据麻省理工学院周二的公告，他们还希望研究如何降低模拟设计在生产前所需的计算成本。
