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 材料科學家們從日本古代的紙張折疊藝術中得到靈感，因此下一代新型智能太陽能電池板和充氣氣囊將有可能得到類似的塑造。目前美國東北大學研究員Soroush Kamrava正在從事相關方面的研究。

Kamrava是美國東北大學機械工程專業的三年級博士生，他目前正在使用校園機械工廠的3D打印機來創建帶有折紙藝術風格的智能結構，這種新型結構中蘊含的幾何原理，將確保結構可以在吸收能量后恢復形變前的外觀。

“折紙是此類手工藝術的一個分支，折紙中塑造的幾何形狀，同時也是機械結構的基礎形狀，”Kamrava說。

傳統折紙中使用的原料是紙張。 然而大多數工程應用中，滿足設計要求的材料必須同時具備一定的厚度、足夠的強度和剛度，這就需要使用超材料來代替紙張了。超材料一般指在自然界中找不到的物質，如塑料，金屬和橡膠等，而超材料構成了Kamrava研究工作的基礎。

折紙專家的工作是將一些基本折疊變成復雜的藝術設計。 而工程師面臨的挑戰是創建一個結構合理且可以復制的折疊系統。

Kamrava使用超材料來復制他每天遇到的圖案和形狀。他說：“我們的工作是科學與藝術的結合。因此我的靈感有時來自博物館，有時來自于舊建筑，甚至有時候靈感來源于漂亮的地磚。”

通常情況下，Kamrava會先使用折紙打印機生產紙質版本的設計。然后他開始反復地測試樣品，折疊并展開它，以確保它可以使用更強的超材料進行復制。

一旦確認設計可以用超材料進行復制，他就會開啟三維打印機在所需的超材料（通常是塑料）中制造幾何形狀的碎片，有時需要幾個小時才能看出每個碎片材料的大小。

圖片來源：東北大學

Kamrava通過模仿折紙的工藝過程，使用金屬鉸鏈組裝設計的最終結構。因為對輕質材料施加少量壓力便會改變結構的形狀，但是由于鉸鏈吸收應力，因此可以一次又一次地改變結構。

他的研究重點是智能結構的可部署性，即能夠在不產生實際結構缺陷的情況下對智能結構進行戰略擴展。 Kamrava根據其敏捷性計算結構的功能應用。

“例如，如果你想將一個大型結構發送到太空，發射費用將十分昂貴，而如果科學家們可以設計一種可自行展開的結構，發射前可以將其折疊成較小的體積，但是當它到達預定位置時可以擴展回原來的形狀。” Kamrava說道。

智能結構不是使用電子設備的機械設備，智能結構只是根據其對環境變化的響應而改變其形狀。

從開始設計到成品組裝，制作一個單一的智能結構大約需要一年的時間。 Kamrava帶領著一群研究生和本科生，并與他的顧問、機械和工業工程教授Ashkan Viziri合作。研究高性能材料的Viziri教授十分認同Kamrava利用這種創新方法來創造折紙式材料。

“Soroush做得很出色，他的工作基本都是他獨立完成的，”Viziri說。 “他一直在思考下一個想法，以及如何擴展他已經完成的任務，我認為這正是博士階段教育的關鍵部分。”

有一天，Kamrava希望使用折紙靈感的元材料來創造可用于生產可再生能源的智能結構。 但就目前而言，他的這一想法仍在嘗試中。

Kamrava說： “智能材料是一個持續不斷的研究方向，在我看來，能夠在研究階段提出一個精妙的想法就是研究中最難的部分。”