可以簡單折疊卻又結(jié)構(gòu)牢固的“建筑”怎么樣?據(jù)英國《自然》雜志21日發(fā)表的一項工程學(xué)研究，美國哈佛大學(xué)科學(xué)家團(tuán)隊描述了一種受折紙啟發(fā)的全新充氣結(jié)構(gòu)設(shè)計，這些充氣結(jié)構(gòu)展開后可以在原地固定，形成譬如拱門或避難帳篷等。該研究將為此類大型結(jié)構(gòu)的工程學(xué)應(yīng)用鋪平道路。

從體育場外蓋到太陽帆，工程師們利用可折疊設(shè)計構(gòu)建了許多大型結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)甚至可以快速壓縮到其尺寸的四分之一。在日常生活中，人們熟悉的充氣城堡或是剪叉式升降機(jī)，這些壓縮后適合運(yùn)輸、展開后又有較大體積的結(jié)構(gòu)都具有多種用途，此類結(jié)構(gòu)能因相對自主地展開，且展開后無需額外壓力輸入的設(shè)計而很受歡迎。

此次，哈佛大學(xué)研究人員卡提亞·波圖爾蒂及其同事，從折紙藝術(shù)中汲取靈感，設(shè)計出了一種全新的能在充氣后變成自支撐擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的折紙形態(tài)。研究團(tuán)隊精確計算了構(gòu)建充氣結(jié)構(gòu)所需的幾何參數(shù)，包括對多個組合三角形(為保證剛性)和靈活鉸鏈的要求。這種結(jié)構(gòu)充氣后能在原地固定，無需持續(xù)充氣，但可以用真空泵壓縮變回緊湊的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)研究人員的演示，一個高20厘米寬30厘米的折疊結(jié)構(gòu)，充氣后可成為高60厘米寬150厘米的充氣拱門。此外，一個2.5米×2.6米×2.6米的避難帳篷，折疊后的尺寸僅有1.0米×2.0米×0.25米。

在一篇同時發(fā)表的新聞與觀點文章中，科學(xué)家斯格里德·安德里安森表示，這一全新的折紙形態(tài)結(jié)構(gòu)，可極大地“節(jié)省儲存空間、運(yùn)輸成本和搭建時間，自動鎖定充氣系統(tǒng)，還能確保展開過程簡便、展開后結(jié)構(gòu)牢固”。不過，科學(xué)家也指出，在這些結(jié)構(gòu)真正投入大規(guī)模使用前，尚有一些問題需要解決，因為必須進(jìn)一步考慮大型物體可能更易受到壓縮、拉伸應(yīng)力以及變形的影響。

總編輯圈點

當(dāng)我們興致勃勃照著折紙教學(xué)視頻挑戰(zhàn)“手殘”時，想不到工程師們居然以此為靈感，在幾何分析和實驗的指導(dǎo)下，創(chuàng)建出了穩(wěn)定的大型“折紙”。這不再是簡單的充氣、放氣過程——新結(jié)構(gòu)可以原地部署并“鎖定”，同時表現(xiàn)出堅固的特性。這一大型“折紙”的完成，需要考慮到氣動系統(tǒng)、多重穩(wěn)定性、抗壓能力等諸多方面。在此之前，折紙原理其實已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域，現(xiàn)今的新成果，無疑將為未來更加實用的大型充氣結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 折紙 充氣