折纸传统上涉及到极其精致的纸结构的创作,但这种艺术形式的基本原理可能很快就会被调整,以帮助应对艰难的施工环境。这就是密歇根大学工程教授团队设计的一系列新的可折叠部件背后的理论。考虑到其设计令人印象深刻的耐用性和空间经济性,这种以折纸为灵感的新型建筑可以部署在自然灾害区,甚至外太空。
机械工程研究员Yi Zhu(右)和土木与环境工程和机械工程副教授Evgueni Filipov在密歇根大学北校区乔治·G·布朗实验室大楼的实验室工作。
论文作者在3月15日的《自然通讯》上发表的一项新研究中详细介绍了他们的工作。虽然创作者在第一次测试中使用了中密度纤维板框架以及铝铰链和锁定机构,但他们相信塑料、外包玻璃或金属等材料都可以在未来的迭代中发挥作用。
在一个实验室例子中,工程师们使用了一平方英尺的格子状重复三角形纤维板和金属铰链。尽管这些部件总共只有16磅重,但它们可以组合成一个3.3英尺高的立柱,能够支撑2吨以上的重量。在另一种情况下,一个1.6英尺宽的立方体折纸部件可以展开并组装成多个结构,例如6.5英尺高的“公交车站”、13英尺高的垂直建筑柱或相同大小的步行桥。
虽然过去其他工程师试图战略性地加厚折纸建筑材料的某些区域,但研究人员创造了具有标准厚度的组件,以实现更均匀分布的重量负载。其结果——模块化且均匀厚的折纸启发结构(MUTOIS)系统——不仅解决了这一长期存在的应力分布问题,还允许根据用户的需求(如尺寸、用途和材料)进行巨大的定制。
某些部分可以是完全实心的,也可以在重复的三角形框架内包含部分开口。例如,根据该团队的论文,人行天桥的底座采用实心板,两侧采用桁架板,以实现“有效承载”。这些模块还允许根据需要更换和修理单个部件。
MUTOIS系统目前依赖于简单的连接器,而不是更专业的自锁设计。因此,这些结构需要人们手动构建他们想要的项目,而不是机器人辅助或工厂组装。然而,尽管如此,该团队相信,进一步的研究可以继续扩大MUTOIS系统的途,以帮助建设“航空航天系统、地外栖息地、机器人、机械设备等”。