Древнее декоративно-прикладное искусство оригами часто вдохновляет инженеров на создание самых разных конструкций от роботов и батарей до военных укрытий и беспилотных летательных аппаратов. Теперь международная команда исследователей из США и Японии представила бумажные структуры, которые могут складываться для компактного хранения, а в разложенном виде они оказываются достаточно прочными, чтобы выдержать большой вес.
Евгений Филиппов из университета Иллинойса и его коллеги опирались на технику Миура-ори, которая позволяет с помощью зигзагообразных складок чрезвычайно компактно сложить лист бумаги. Это направление оригами широко используется в науке и технике, например, для доставки на орбиту солнечных батарей большой площади.
Исследователи обнаружили, что если склеить два бумажных фрагмента особой формы, то полученные жёсткие трубки складываются только строго определённым образом. Кроме того, соединяя несколько трубок в разных конфигурациях, например, составляя их по принципу застёжки-молнии, удалось собрать действительно прочные конструкции.
"Геометрия в данном деле играет важную роль, — сообщает соавтор исследования профессор Глаусио Паулино (Glaucio Paulino) из Технологического института Джорджии в пресс-релизе. — Мы соединяем две трубки вместе особым образом, чтобы получить структуру, которая является одновременно гибкой и жёсткой. Это просто бумага, но она очень крепкая".
Трубки представляют собой изогнутые зигзагами параллелограммы. При этом даже элементы с разным углом изгиба могут стыковаться в прочные структуры, из которых можно собирать различные строительные конструкции.
"Возможность изменения функциональности в режиме реального времени является реальным преимуществом техники оригами, — добавляет Филиппов. — При наличии этих трансформируемых конструкций вы можете изменять их характеристики. Например, сделать их жёстче или мягче, в зависимости от предполагаемого использования".
Исследователи обращают внимание, что показанные ими бумажные прототипы можно легко воспроизвести в пластике или металле. Кроме того, изобретение можно масштабировать в большую или меньшую сторону для создания микроскопических роботов и биомедицинских устройств или строительства мостов и зданий.
"Все эти идеи можно применить на нано- и микроуровне или в больших масштабах, вплоть до конструкций, которые NASA разворачивает в космосе, — добавляет Паулино. — Мы только наметили принцип, и в зависимости от ваших интересов, приложения безграничны".
Подробные результаты исследования опубликованы в научном издании PNAS.
