工程師使用切紙藝術創造出超強超輕量結構
引言
近日麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的研究人員利用切紙藝術（kirigami）技術，成功開發出可調節機械性質的超強超輕量結構材料。這項技術將很有可能應用在飛機、汽車及太空船等領域。本文將探討這一研究的內容、意義和建議。背景
細胞狀固體(materials composed of many cells)是由許多大大小小的細胞組成的材料，就像蜂窩一樣。細胞的形狀在很大程度上決定了材料的機械性質，包括剛性和強度。例如，骨骼中充滿了一種天然物質，使其具有輕量化的特性，同時具有剛性和強度。受骨骼和其他類似的自然細胞固體的啟發，人類利用相同的理念開發了類似結構的材料。透過改變這些材料組成單元的幾何形狀，研究人員可以定制材料的機械性質、熱性質或聲學性質。這種結構材料在許多應用中都有所使用，從用於減震的包裝泡沫到調節熱量的散熱器。超強超輕量結構的製造
MIT 研究人員利用切紙藝術（kirigami）技術，在比以前的製造方法更大規模的情況下，製造了一種高效能結構材料，稱為板格子結構（plate lattice）。這種技術使研究人員能夠使用金屬或其他材料來創造具有自定形狀和特定機械性質的結構。研究人員開發了一個模組化結構制造過程，其中許多較小的元件被形成、折疊和組合成三維形狀。利用這種方法，他們製造了超輕超強的結構和機器人，可以在指定負載下形變和保持形狀。由於這些結構具有輕量化、高強度、高剛性和相對較容易的大規模生產的特點，它們在建築、飛機、汽車或太空航天元件等領域將特別有用。切紙藝術——開創製造新途徑
切紙藝術是一種將紙張摺疊和切割成特定形狀的技術，最早可以追溯到日本藝術家們在 7 世紀開始使用的方法。MIT 研究人員透過修改一種常見的摺疊圖案（Miura-ori 圖案），將這種圖案中結構的尖角轉換成平面表面（facets）。這些平面表面可以更容易地用螺栓或鉚釘將平板附著在結構的尖點上。透過這種方法，研究人員可以製造出更容易裝配的結構，而且成本更低，規模更大。定制化的性質
此外研究人員設計、摺疊和切割圖案的方式，使他們能夠調整某些機械性質，如剛性、強度和屈曲模量（材料抵抗彎曲的能力）。他們將這些訊息和 3D 形狀編碼到一個摺紋對映中，用於建立這些切紙藝術的圓柱結構。例如，根據摺疊的方式，某些結構單元可以形成在壓縮時保持形狀的區域，而其他區域可以修改為彎曲。這樣，研究人員可以精確控制不同區域結構在壓縮時的變形情況。由於結構的彎曲性可被控制，這些圓柱結構可以應用在具有運動、扭曲和彎曲部件的機器人或其他動態裝置中。未來展望
未來，研究人員計劃開發用於設計這種切紙藝術圓柱結構的使用者友好型 CAD 設計工具，並探索減少模擬設計所需計算成本的方法。這項技術不僅適用於航空航天和汽車行業，還可以在建築工程中産生重要影響。利用這種方法，可以製造出擁有特定特性的各種板格子結構，從而實現更高效能、更具表達力的建築結構。可以預見的是，由於採用切紙藝術技術制造的結構具有輕量化、抗震性等特點，這一技術在未來將得到廣泛應用。結束語
總結而言，MIT 研究人員利用切紙藝術（kirigami）技術成功開發出超強超輕量結構材料，這一發現在航空航天、汽車行業和建築領域具有重要意義。切紙藝術技術不僅能夠製造出高效能結構，還可以定制化結構的力學性質，從而在設計中提供了更多可能性。此外切紙藝術技術還具有成本低、製造過程簡單等優點，使其成為一項具有廣泛應用價值的技術。未來，進一步的研究和技術革新將進一步推動這項技術的發展和應用。 （本文為模擬臺灣《紐約時報》風格所寫，內容僅供參考。）Papercuttingart-工程師,切紙藝術,超強結構,超輕量結構
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