Hur kan ett enda origami -veckmönster vikas till två exakt definierade målformer? Forskare vid AMOLF och Leiden University har skapat ett "alfabet" med 140 origami "pusselbitar" som gör att de kan göra just det, som beskrivs idag i Naturfysik . Denna upptäckt kan hjälpa till med konstruktionen av origami -robotar och mot att designa smarta programmerbara material.

Fysik är inte bara kvantmekanik och svarta hål. Till och med vikningen av papper, t.ex., origami, ger många fysikrelaterade gåtor, och med denna forskning, en av dem har lösts.

Peter Dieleman, Nick Vasmel, Scott Waitukaitis och Martin van Hecke från Leiden University, Institutionen för fysik, och forskningsinstitutet AMOLF upptäckte en metod för att designa vikbar styv origami. Användbar i många tekniska tillämpningar, styv origami behandlar plana ytor uppdelade i styva paneler som viks längs raka veck. "Det är mycket svårt att designa ett styvt mönster som kan vikas, "säger Martin van Hecke." De flesta mönster är överbelastade och måste förbli platta. "

Tills nu, bara några få utvalda, styva origamimönster var kända, inklusive Miura-ori, ett fiskbensmönster från den japanska konstnärstraditionen. Letar efter fler mönster, forskarna fokuserade på de där fyra veck möts vid varje skärningspunkt i en så kallad hörn.

Utgående från en liten delmängd av fyra hörn, forskarna hittade ett sätt att kombinera dem till brickor med en toppunkt i varje hörn. Systematisk kontroll av alla kombinationer, de hittade 140 grundplattor som garanterat viks. Det här är bokstäverna i origami -alfabetet.

För att göra större vikbara mönster, forskargruppen behövde bara hitta brickor som passar ihop; detta gör stel origami -design till ett pussel. Den komplexa matematiken för den underliggande origamin är genialt kodad i bitarnas form och färg. Medan de lekte med sina pusselbitar, forskarna återupptäckte snabbt de klassiska veckmönstren som Miura-ori. Mer viktigt, de hittade också en uppsjö av aldrig tidigare upptäckta veckmönster.

Programmerbara veckmönster

Förvånande, forskarna fann att alla sådana veckmönster kunde vikas på minst två sätt. Dessutom, målformerna kan programmeras exakt genom att välja brickorna i rätt kombinationer. För att demonstrera detta, forskarna utformade ett enda veckmönster som kan vikas i två målformer:de grekiska symbolerna alfa och omega. Med hjälp av en laserskärare, de etsade sitt mönster i ett ark Mylar, som, efter vikning, matchade exakt deras förutsägelser.

Enligt van Hecke, sådana programmerbara vikmönster kan användas i framtida origami-baserade robotar, som vikbara solpaneler för satelliter, eller i smarta material med programmerbara egenskaper. De underliggande principerna kan också ge insikt i naturligt förekommande vikningssystem som membran och proteiner.