Исследователи из Канады создали уникальный паттерн оригами, позволяющий обычной бумаге выдерживать нагрузку в 162 раза больше собственного веса. Разработка открывает перспективы для создания легких и прочных конструкций в строительстве, медицине и космических технологиях.
Исследователи Морaд Мирзаджанзаде и Дамиано Пазини из Университета Макгилла (Канада) представили новую технологию, способную изменить представление о возможностях обычной бумаги. Их разработка — паттерн оригами под названием doubly curved lens-box — позволяет превращать плоские листы в трехмерные изогнутые конструкции, которые могут быть как гибкими, так и жесткими в зависимости от натяжения внутренних тросиков.
В основе метода лежит сочетание изогнутых и прямых складок, а также система регулируемых «сухожилий» — тонких кабелей, проходящих через ключевые точки конструкции. Пока тросики ослаблены, изделие легко складывается и меняет форму. Но стоит их натянуть — и структура фиксируется, становясь способной выдерживать значительные нагрузки в разных направлениях.
Авторы отмечают, что традиционные складные конструкции часто сталкивались с ограничениями: гладкие поверхности были слишком мягкими, а жесткие — неудобными для адаптации. Новый паттерн позволяет создавать двойную кривизну, формируя плавные геометрии, напоминающие сферы, торы или сложные изогнутые оболочки.
Для проверки концепции ученые использовали лазерную резку по картону толщиной 0,21 мм, вручную складывали элементы и устанавливали нейлоновые тросики. В результате прототип из бумаги весом всего 8 граммов выдержал нагрузку, в 162 раза превышающую собственный вес — это в четыре раза больше, чем у аналогичной конструкции, склеенной жестко. При этом жесткость можно было регулировать в широком диапазоне, просто изменяя натяжение кабелей.
Потенциал применения технологии широк: от складных укрытий и медицинских экзоскелетов до робототехники и аэрокосмических систем. Компактная транспортировка в плоском виде позволяет экономить место, а возможность быстро развернуть и зафиксировать конструкцию — создавать временные или адаптивные объекты. В медицине такие оболочки могут точнее повторять форму тела или костей, а в робототехнике — обеспечивать мягкость и управляемую жесткость для работы в ограниченных пространствах, включая хирургические процедуры.
Однако, как подчеркивают авторы, технология пока не позволяет строить здания из обычных листов бумаги. Прототипы создавались из специальной плотной бумаги с лазерной перфорацией и нейлоновыми тросиками, а масштабирование до крупных объектов требует учета влияния гравитации, свойств материалов и производственных допусков. Для перехода к реальным строительным решениям необходимы дальнейшие исследования и адаптация технологии под другие материалы.
По данным Nature Communications, где опубликовано исследование, doubly curved lens-box может стать основой для новых типов легких и прочных конструкций, способных менять форму и свойства по требованию. Если дальнейшие испытания подтвердят эффективность метода на больших масштабах, это может привести к появлению принципиально новых подходов в архитектуре, промышленности и медицине.
