「折紙」結構物充氣後能自主展開

可以簡單折疊卻又結構牢固的「建築」怎麼樣?據英國《自然》雜誌21日發表的一項工程學研究,美國哈佛大學科學家團隊描述了一種受折紙啟發的全新充氣結構設計,這些充氣結構展開後可以在原地固定,形成譬如拱門或避難帳篷等。該研究將為此類大型結構的工程學應用鋪平道路。

「折紙」結構物充氣後能自主展開

從體育場外蓋到太陽帆,工程師們利用可折疊設計構建了許多大型結構,這些結構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,這些壓縮後適合運輸、展開後又有較大體積的結構都具有多種用途,此類結構能因相對自主地展開,且展開後無需額外壓力輸入的設計而很受歡迎。

此次,哈佛大學研究人員卡提亞·波圖爾蒂及其同事,從折紙藝術中汲取靈感,設計出了一種全新的能在充氣後變成自支撐擴展結構的折紙形態。研究團隊精確計算了構建充氣結構所需的幾何參數,包括對多個組合三角形(為保證剛性)和靈活鉸鏈的要求。這種結構充氣後能在原地固定,無需持續充氣,但可以用真空泵壓縮變回緊湊的結構。

根據研究人員的演示,一個高20厘米寬30厘米的折疊結構,充氣後可成為高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,折疊後的尺寸僅有1.0米×2.0米×0.25米。

在一篇同時發表的新聞與觀點文章中,科學家斯格里德·安德里安森表示,這一全新的折紙形態結構,可極大地「節省儲存空間、運輸成本和搭建時間,自動鎖定充氣系統,還能確保展開過程簡便、展開後結構牢固」。不過,科學家也指出,在這些結構真正投入大規模使用前,尚有一些問題需要解決,因為必須進一步考慮大型物體可能更易受到壓縮、拉伸應力以及變形的影響。

來源:cnBeta