Alfabet med 140 puslespilsbrikker programmer origami

Hvordan kan et enkelt origami-foldmønster foldes til to præcist definerede målformer? Forskere ved AMOLF og Leiden University har skabt et "alfabet" af 140 origami "puslespilsbrikker", der giver dem mulighed for at gøre netop det, som beskrevet i dag i Naturfysik . Denne opdagelse kan hjælpe med konstruktionen af ​​origami-robotter og til at designe smarte programmerbare materialer.

Fysik er ikke kun kvantemekanik og sorte huller. Selv foldning af papir, f.eks., origami, opstiller mange fysik-relaterede gåder, og med denne forskning, en af ​​dem er blevet løst.

Peter Dieleman, Nick Vasmel, Scott Waitukaitis og Martin van Hecke fra Leiden University, Institut for Fysik, og forskningsinstituttet AMOLF opdagede en metode til at designe foldbar stiv origami. Nyttig i mange teknologiske anvendelser, stiv origami omhandler flade overflader opdelt i stive paneler, der foldes langs lige folder. "Det er meget svært at designe et stift mønster, der kan foldes, " siger Martin van Hecke. "De fleste mønstre er overbelastede og skal forblive flade."

Indtil nu, kun nogle få udvalgte foldbare stive origami-mønstre var kendt, inklusive Miura-ori, et fiskebensmønster fra den japanske kunstneriske tradition. Leder du efter flere mønstre, forskerne fokuserede på dem, hvor fire folder mødes ved hvert kryds i et såkaldt vertex.

Med udgangspunkt i en lille delmængde af fire hjørner, forskerne fandt en måde at kombinere dem i fliser med et toppunkt i hvert hjørne. Systematisk kontrol af alle kombinationer, de fandt 140 basisfliser, der med garanti kan foldes. Dette er bogstaverne i origami-alfabetet.

For at lave større foldbare mønstre, forskerholdet skulle kun finde fliser, der passede sammen; dette gør stift origami-design til et puslespil. Den komplekse matematik af den underliggende origami er genialt indkodet i formen og farven på brikkerne. Mens de leger med deres puslespilsbrikker, forskerne genfandt hurtigt de klassiske foldemønstre som Miura-ori. Vigtigere, de fandt også et væld af aldrig-før-opdagede folder-mønstre.

Programmerbare foldemønstre

Overraskende nok, forskerne fandt ud af, at alle sådanne foldemønstre kunne foldes på mindst to måder. I øvrigt, målformerne kan programmeres nøjagtigt ved at vælge fliserne i de rigtige kombinationer. For at demonstrere dette, forskerne designet et enkelt foldermønster, der kan foldes til to målformer:de græske symboler alfa og omega. Ved hjælp af en laserskærer, de ætsede deres mønster ind i et ark Mylar, hvilken, efter foldning, matchede nøjagtigt deres forudsigelser.

Ifølge van Hecke, sådanne programmerbare foldemønstre kan bruges i fremtidige origami-baserede robotter, som foldbare solpaneler til satellitter, eller i smarte materialer med programmerbare egenskaber. De underliggende principper kunne også give indsigt i naturligt forekommende foldesystemer som membraner og proteiner.