折纸、剪纸启发机械超材料设计

近年来，古老的折纸艺术和剪纸艺术在机械超材料研究人员中越来越受欢迎。折叠和切割二维薄膜材料可将其转变为具有独特且可编程的机械性能的复杂三维结构和形状。

在应用物理评论美国和中国的研究人员将折纸分为-基于根据两种不同的标准，将具有不寻常机械性能的人工工程材料分为六组。

“折纸和剪纸本质上是机械超材料，因为它们的性质主要取决于折痕图案和/或切口的方式，并且略微取决于折叠折纸或剪纸的材料，”作者姜汉清说。

研究人员将机械超材料分为三类，包括基于折纸的超材料（仅折叠）、基于剪纸的超材料（仅切割）和混合折纸-剪纸超材料（既可折叠又可切割）。尤其是混合折纸-剪纸超材料在形状变形方面具有巨大潜力。

根据弹性能量状况，每组材料细分为刚性或可变形类别。如果能量仅存储在折痕或连杆中，则超材料被归类为刚性材料。如果能量同时存储在折痕或连杆和面板中，则超材料被归类为可变形材料。

研究人员希望发现新的折纸和剪纸设计，特别是曲线折纸设计、混合折纸-剪纸设计、模块化设计和分层设计。

他们计划专注于选择基于折纸和剪纸的机械超材料的新材料。传统上，纸用于制作超材料的原型，但纸的易碎性和可塑性存在局限性。对于实际应用来说，探索具有不同特性的材料（例如薄或厚、软或硬、弹性或塑性）将会很有帮助。

他们希望利用能量景观和能量分布作为分析折纸和剪纸机械性能的两个有力工具，并寻求精心设计- 以及基于剪纸的机械超材料。

“基于折纸和剪纸的机械“它可以应用于许多领域，包括柔性电子、医疗设备、机器人、土木工程和航空航天工程，”江说。