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交联锁定的之字形折纸管道可以用来配置建造各种具有刚度和功能的结构，但又能紧凑折叠便于收纳或运输。(credit: Rob Felt)
折纸启发了很多科学研究，例如DNA分子折纸，而一种新的“拉链管道”折纸设计能使纸质(或其他薄片材料)结构有足够刚性来承受重量，同时又能折叠成平板，便于运输和储藏，这可能会转变从微型机器人到家具甚至建筑的结构。
这正是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、乔治亚理工学院，和东京大学的研究人员们在《美国国家科学院院刊》上一篇论文中所建议的。
这样的折纸结构可以有能伸缩的机械臂，用折叠伸缩来吊放负载的建筑吊车，家具、快速安装应急避难场所、桥梁——以及用于自然灾害后的其他基础设施。
弹出式建筑？
研究人员们使用了一种叫作三浦折叠的特定折纸技术：这种技术产生精确的，锯齿形的折叠纸带，然后将两条纸带粘在一起做成一条管道。光是一根纸带非常柔软，而纸管则是刚性的，不能朝很多方面弯折。
他们发现，把两根纸管按照拉链的方式交联锁定，它们就会变得强硬得多，更难被扭转或弯曲。该结构能被折叠成平板，而又能迅速展开为刚性管道配置。
即使对于不同折叠角度的管子，这种拉链配置也工作良好。通过结合不同几何形状的管道，研究人员们能制造许多不同的三维结构，例如如桥梁、树冠，或塔楼。
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折纸“拉链管道”——交联锁定的之字形纸管——可以配置来建造各种具有刚度和功能的结构，但又可以紧凑折叠起来储藏或运输(credit: L. Brian Stauffer)
可变形结构
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“能够实时转变功能的能力是折纸的真正优势，” 乔治亚理工学院的Glaucio Paulino教授说道，“有了这些可变形的结构，你就可以改变它们的功能使之具有适应性，它们是可以重构的，你可以改变材料的特性：根据预期用途你可以使它们变硬或变软。”
该团队使用了纸质原型来演示一种柔性薄片如何折叠成为功能性结构，但据研究者们说，他们的技术也可以应用于其它薄片材料。更大规模的应用可以结合带铰链的金属或塑料板。
下一步，研究人员们计划探索不同折叠角度管道的新组合，以建造新结构。他们也希望将他们的技术应用到其它材料上，探索从大规模建筑到用于生物医学设备或机器人的微观结构。
Paulino说：“所有这些想法都适用于从纳米尺度、微观尺度直到大尺度，甚至是NASA会部署到太空中的结构，根据你的兴趣，应用范围是无止境的。我们才刚刚触及皮毛，一旦你有了一个强大的概念，你就可以在许多不同领域探索其应用。”
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本文译自 Kurzweilai，由 王丢兜 编辑发布。
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