折纸结构物充气后能自主展开

科技日报北京4月21日电 （记者张梦然）可以简单折叠却又结构牢固的“建筑”怎么样？据英国《自然》杂志21日发表的一项工程学研究，美国哈佛大学科学家团队描述了一种受折纸启发的全新充气结构设计，这些充气结构展开后可以在原地固定，形成譬如拱门或避难帐篷等。该研究将为此类大型结构的工程学应用铺平道路。

从体育场外盖到太阳帆，工程师们利用可折叠设计构建了许多大型结构，这些结构甚至可以快速压缩到其尺寸的四分之一。在日常生活中，人们熟悉的充气城堡或是剪叉式升降机，这些压缩后适合运输、展开后又有较大体积的结构都具有多种用途，此类结构能因相对自主地展开，且展开后无需额外压力输入的设计而很受欢迎。

此次，哈佛大学研究人员卡提亚·波图尔蒂及其同事，从折纸艺术中汲取灵感，设计出了一种全新的能在充气后变成自支撑扩展结构的折纸形态。研究团队精确计算了构建充气结构所需的几何参数，包括对多个组合三角形（为保证刚性）和灵活铰链的要求。这种结构充气后能在原地固定，无需持续充气，但可以用真空泵压缩变回紧凑的结构。

根据研究人员的演示，一个高20厘米宽30厘米的折叠结构，充气后可成为高60厘米宽150厘米的充气拱门。此外，一个2.5米×2.6米×2.6米的避难帐篷，折叠后的尺寸仅有1.0米×2.0米×0.25米。

在一篇同时发表的新闻与观点文章中，科学家斯格里德·安德里安森表示，这一全新的折纸形态结构，可极大地“节省储存空间、运输成本和搭建时间，自动锁定充气系统，还能确保展开过程简便、展开后结构牢固”。不过，科学家也指出，在这些结构真正投入大规模使用前，尚有一些问题需要解决，因为必须进一步考虑大型物体可能更易受到压缩、拉伸应力以及变形的影响。

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当我们兴致勃勃照着折纸教学视频挑战“手残”时，想不到工程师们居然以此为灵感，在几何分析和实验的指导下，创建出了稳定的大型“折纸”。这不再是简单的充气、放气过程——新结构可以原地部署并“锁定”，同时表现出坚固的特性。这一大型“折纸”的完成，需要考虑到气动系统、多重稳定性、抗压能力等诸多方面。在此之前，折纸原理其实已广泛应用于机器人领域，现今的新成果，无疑将为未来更加实用的大型充气结构奠定基础。

原标题：折纸结构物充气后能自主展开