古老的摺紙和摺紙藝術為機械超材料研發帶來靈感

近年來，古老的摺紙藝術和剪紙藝術在構建機械超材料的研究人員中獲得了青睞。 摺疊和切割二維薄膜材料將它們轉化為複雜的三維結構和形狀具有獨特和可編程的機械性能。在AIP出版的《Applied Physics Reviews》中，美國和中國的研究人員根據兩個不同的標準將基於摺紙和剪紙的機械超材料即具有不尋常機械性能的人工工程材料分為六組。

“摺紙和剪紙在本質上是機械超材料，因為它們的特性主要由摺痕圖案和/或切割的方式決定，只是稍微取決於摺疊摺紙或剪紙的材料，”研究論文作者Hangqing Jiang説道。

研究人員將機械超材料分為三類，包括基於摺紙的超材料（僅摺疊）、基於剪紙的超材料（僅切割）、基於摺紙-剪紙混合的超材料（既摺疊又切割）。特別是混合型摺紙-摺紙超材料，在形狀變形方面有很大的潛力。

根據彈性能量景觀，每組材料都被細分為剛性或可變形類別。如果能量只儲存在摺痕或連接處，則超材料被歸為剛性材料。如果能量同時儲存在摺痕或連接處和麪板上，則超材料被歸入可變形類別。

研究人員希望發現新的摺紙和剪紙設計，特別是彎曲的摺紙設計、混合摺紙-剪紙設計、模塊化設計和層次化設計。

他們計劃把重點放在為基於摺紙和剪紙的機械超材料選擇新材料上。傳統上，紙被用來做超材料的原型，但基於紙的脆弱性和可塑性存在一定的限制。要為現實世界的應用進行設計，探索具有不同性質的材料將是有幫助的，如薄或厚、軟或硬、彈性或塑料。

研究人員希望將能量景觀和能量分佈作為兩個強有力的工具來分析摺紙和剪紙的機械性能，另外還將尋求精心設計基於摺紙和剪紙的機械超材料的驅動方法。

Jiang表示：“基於摺紙和剪紙的機械超材料可以應用於許多領域，包括柔性電子、醫療設備、機器人、土木工程和航空航天工程。”