Исследователи из Сычуаньского университета (Китай) и университета Макгилла (Канада) пересмотрели подход к обратному проектированию киригами, что расширило спектр их применения. Результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Киригами — это японское изготовление сложных трехмерных фигур из бумаги с помощью ножниц. Принципы древнего искусства сегодня находят применение в физике, инженерии и материаловедении.
Во время экспериментов оценивалась их форма при окончательном развертывании фигуры, а также деформация, связанная с изменением вращающегося элемента в целом. Ученым предстояло выяснить, существует ли физическая связь между искажением киригами и изломом формы его крутящейся части, и на этой основе выявить геометрию, которая покажет интуитивно понятный способ обратного проектирования объекта.
В итоге выяснилась простая зависимость между напряжением, приложенным к вращающемуся элементу, и измененным объектом в развернутом состоянии.
«Ключевым моментом является то, что сдвиговая деформация, приложенная к исходным вращающимся элементам, которые сжимаются по горизонтали, когда мы переходим от левого эскиза к среднему, направлена в противоположную сторону от сдвиговой деформации развернутого треугольного киригами, которое, напротив, расширяется по горизонтали (после развертывания)», — отметил старший автор статьи Дамиано Пазини.
Именно это стало ключом для обратного проектирования киригами: сжатая форма вращающихся элементов, вариант развернутой фигуры и информация, описывающая переход от разложенного объекта к его сложенному варианту.
Теперь только с помощью этих трех ингредиентов деформацию сдвига развернутого треугольного киригами можно запрограммировать. Для этого нужно применить деформацию сдвига к форме вращающихся элементов в противоположном направлении.
Новый метод позволит отказаться от любых численных расчетов, быстро и универсально запрограммировать изменение киригами по желанию. Создание разнообразных деформируемых структур без сложных расчетов предоставило научному сообществу простоту решения самых разных инженерных задач и легкое проектирование изделий — от роботов до архитектурных объектов.
Ранее исследователи изучили, как складки, вдохновленные оригами, могут задавать материалы с заранее запрограммированными свойствами.