Origami-baserade strukturer har använts för att skapa utbyggbara solceller för rymden, anpassningsbara akustiska system för symfonihallar och till och med kraschskyddssystem för flygande drönare.

Nu har forskare vid Georgia Institute of Technology skapat en ny typ av origami som kan förvandlas från ett mönster till ett annat, eller till och med en hybrid av två mönster, omedelbart förändrar många av dess strukturella egenskaper.

Forskningen, som stöds av National Science Foundation och ska publiceras den 19 april i tidskriften Fysiska granskningsbrev , kan låsa upp nya typer av origamibaserade strukturer eller metamaterial som utnyttjar egenskaperna hos två typer av origami.

"Denna hybrid origami möjliggör omprogrammerbara mekaniska egenskaper och möjligheten att ändra dessa egenskaper medan materialet är i bruk, "sa Glaucio Paulino, professor i Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering.

Forskarna började med två typer av origamimönster:Miura-ori och ägglådan, båda kan formas till ark med upprepade mönster. Miura-ori ser ut som rader med vikta sicksack, medan ägglådemönstret liknar en bergskedja med upprepande toppar och dalar.

Båda kan komprimeras till ett mycket litet utrymme, men när de utvidgas beter de sig annorlunda från varandra i hur de reagerar på böjning. Ägglådemönstret liknar en kupol när den är böjd, och Miura-ori tar formen av en sadel.

"Traditionellt, om du har ett ägglådemönster, du är låst i egenskaperna hos just det mönstret, sa Paulino, som också är Raymond Allen Jones ordförande i teknik vid skolan för civil- och miljöteknik. "Med detta nya mönster, som vi kallar morph, så är det inte längre. "

Det nya origamimönstret uppnår sin formförmåga genom en omdesign av geometrin för två av de fyra planen som utgör en del av origamin. Genom att krympa de två planen på ena sidan, det gör det möjligt för deras veck att flytta från ett berg till en dal, eller med andra ord, att vika i motsatt riktning.

Och viktigast av allt, övergången från topp till dal kan ske oavsett om origami är formad av ett flexibelt material som papper eller ett styvt material som metall.

Det betyder, till exempel, att origamibaserade strukturer som används för akustiska system-som redan kan expandera och dra ihop sig för att öka eller minska ljudresponsens volym-kan gå ett steg längre, ändra hur de böjer sig för att potentiellt erbjuda ett ännu större utbud av resonanssvar. I exemplet med drönarens kraschskyddssystem, det nya origamimönstret kan eventuellt erbjuda andra anpassningsalternativ eller ändra aspekter av dess slagmotstånd, Sa Paulino.

"NSF:s investeringar i grundforskning av arkitekterat material har drivit gränserna och skapat" formförskjutande "strukturer för tillämpningar inom rymdutforskning, robotik och medicin, "sade Robert B. Stone, NSF's Civil, Avdelningsdirektör för mekanisk och tillverkande innovation.

Det nya origamimönstret kan också ta en hybridstruktur, där vissa rader viks till en konfiguration och andra viks i den andra. I en sådan konfiguration, strukturen skulle uppvisa egenskaper av båda typerna.

"Det finns ett stort antal kombinationer när det gäller hur dessa kan konfigureras, som erbjuder många anpassningsmöjligheter för strukturer baserade på morfmönstret, "sa Ke Liu, en tidigare doktorand vid Georgia Tech och nu en postdoktor vid California Institute of Technology.

En annan unik egenskap hos morfmönstret är vad som händer när en Miura-ori-rad ligger mellan två ägglådorader. Vanligtvis, när spänning appliceras för att dra isär något av mönstren, de svarar genom att ge efter och platta ut sin form. Dock, i detta nya fall, Miura-ori-mönstret låses på plats.

"Låset är mycket starkt, och det finns inget sätt att bryta det hållet annat än att riva isär hela strukturen, "sade Phanisri Pratapa, en tidigare postdoktor vid Georgia Tech och nu assisterande professor i civilingenjörer vid Indian Institute of Technology Madras.

Låsning kan göra det möjligt för strukturer att begränsa expansionsmängden och ändra gränsen i farten, Sa Pratapa.