麻省理工学院的研究职员利用日本的剪纸和折纸艺术 - Kirigami，开拓出了具有可调机器性能（如刚度和柔度）的超强轻质材料。这些材料可用于飞机、汽车或航天器。图片来源：研究职员供应
麻省理工学院的研究职员修正了一种常见的折纸折痕图案，使波纹构造的尖点变成了刻面。这些刻面就像钻石上的刻面一样，供应了平坦的表面，可以用螺栓或铆钉更方便地将板材固定在上面。图片来源：研究职员供应
麻省理工学院的研究职员利用日本古老的折纸和剪纸艺术-Kirigami，制造出了一种名为\"大众板格\"大众的高性能构造材料，其规模远远超过了科学家们之前通过添加剂制造所能实现的规模。这项技能使他们能够用金属或其他材料制造出具有定制形状和特殊定制机器性能的这些构造。
\公众这种材料就像钢软木。它比软木轻，但具有高强度和高刚度，\公众麻省理工学院比特与原子中央（CBA）卖力人尼尔-格申菲尔德（Neil Gershenfeld）教授说，他是有关这种方法的一篇新论文的资深作者。
研究职员开拓了一种模块化制造工艺，在这种工艺中，许多较小的部件被成型、折叠并组装成三维形状。利用这种方法，他们制造出了超轻、超强的构造和机器人，在特定载荷下，它们可以变形并保持形状。
研究职员通过在顺应面上张紧钢丝，然后将其连接到滑轮和电机系统，从而驱动波纹构造，使其能够向任一方向波折。图片来源：研究职员供应
由于这些构造重量轻、强度高、刚度大，而且相对随意马虎大规模生产，因此在建筑、飞机、汽车或航空航天部件中特殊有用。
与格申菲尔德一起撰写论文的还有共同第一作者、CBA研究助理阿方索-帕拉-鲁比奥（Alfonso Parra Rubio）和麻省理工学院电气工程与打算机科学研究生克拉拉-蒙迪洛娃（Klara Mundilova），以及CBA研究生大卫-普雷斯（David Preiss）和麻省理工学院打算机科学教授埃里克-德梅因（Erik D. Demaine）。该研究成果在美国机器工程师学会工程打算机与信息大会上揭橥。
像晶格这样的构造材料常常被用作一种复合股料的核心，这种复合股料被称为三明治构造。要设想夹层构造，可以想象一下飞机机翼，在机翼上，一系列相交的对角梁构成了夹在顶部和底部面板之间的网格核心。这种桁架构造具有很高的刚度和强度，但重量却很轻。
板格是由板而不是梁的三维交叉组成的蜂窝构造。这些高性能构造的强度和刚度乃至超过了桁架晶格，但由于其形状繁芜，利用 3D 打印等普通技能制造它们具有寻衅性，尤其是在大规模工程运用中。
麻省理工学院的研究职员利用桐纸战胜了这些制造难题，桐纸是一种通过折叠和切割纸张来制作 3D 形状的技能，其历史可追溯到 7 世纪的日本艺术家。
研究职员利用他们的方法制造出了压缩强度超过 62 千牛顿的铝构造，但每平方米的重量仅为 90 千克。图片来源：研究职员供应
Kirigami已被用于利用部分折叠的之字形折痕制作板格。但要制作夹层构造，必须将平板连接到波纹芯材的顶部和底部，再连接到人字形折痕形成的窄点上。这常日须要强力粘合剂或焊接技能，从而导致组装速率慢、本钱高，而且难以扩大规模。
麻省理工学院的研究职员修正了一种常见的折纸折痕图案，使波纹构造的尖点变成了刻面。这些刻面就像钻石上的刻面一样，供应了平整的表面，可以用螺栓或铆钉更方便地将板块固定在上面。
Parra Rubio 说：\"大众在重量和内部构造保持不变的情形下，板晶格在强度和刚度方面优于梁晶格。通过利用双光子光刻技能进行纳米级生产，理论刚度和强度已达到 H-S 上限。板晶格的构建非常困难，因此在宏不雅观尺度上的研究很少。我们认为，折叠是一条更随意马虎利用金属制成的这种板状构造的路子。\"大众
此外，研究职员设计、折叠和切割图案的办法使他们能够调度某些机器性能，如刚度、强度和波折模量（材料的抗弯方向）。他们将这些信息以及三维形状编码成折痕图，用来创建这些叽里纸波纹。
例如，根据褶皱的设计办法，可以对一些细胞进行塑形，使其在压缩时保持形状，而对另一些细胞进行修正，使其波折。通过这种办法，研究职员可以精确掌握构造的不同区域在压缩时的变形情形。
由于可以掌握构造的灵巧性，这些波纹可用于机器人或其他具有移动、扭曲和波折部件的动态运用中。
为了制作像机器人这样的大型构造，研究职员采取了模块化组装工艺。他们批量生产较小的折痕图案，并将其组装成超轻、超强的三维构造。较小的构造具有较少的折痕，从而简化了制造过程。
研究职员利用经由改良的三浦织图案，创造出一种能产生所需形状和构造特性的折痕图案。然后，他们利用一台独特的机器--Zund 切割台--切割出平整的金属板，并将其折叠成三维形状。
\公众要制造汽车和飞机等产品，须要在模具上投入巨资。这种制造工艺不须要工具，就像 3D 打印一样。但与 3D 打印不同的是，我们的工艺可以设定记录材料特性的极限，\"大众格申菲尔德说。
利用他们的方法，他们制造出的铝构造压缩强度超过 62 千牛顿，但每平方米重量仅为 90 千克。(软木每平方米重约 100 千克）他们的构造非常坚固，可以承受的力是普通铝波纹的三倍。
这种多用场技能可用于钢材和复合股料等多种材料，因此非常适宜生产飞机、汽车或航天器的轻质减震部件。
不过，研究职员创造，他们的方法可能难以建模。因此，他们操持在未来为这些叽里格米板格构造开拓用户友好的 CAD 设计工具。此外，他们还希望探索各种方法，以降落仿照设计所需性能的打算本钱。
帕拉-卢比奥、蒙迪洛娃和其他麻省理工学院的研究生还利用这种技能用铝复合股料制作了三件大型折叠艺术品，并在麻省理工学院媒体实验室展出。只管每件作品都长达数米，但这些构造的制作只用了几个小时。
\公众归根结底，艺术作品之以是成为可能，是由于我们在论文中展示了数学和工程方面的贡献。但我们也不想忽略我们作品的美学力量，\公众Parra Rubio 说。
