可编程气球——Kirigami气球

  今天看了一篇论文:Kirigami-inspired inflatables with programmable shapes,主要讲了通过 Kirigami,一种来自日本的剪纸艺术,实现可拉伸机械材料的设计,可以用于一些医疗设备或软材料机器人。

  本文是对论文的一个简介,不对论文中涉及的原理和公式进行解释,需要查看详细内容的可以阅读论文原文。

  在生活中,气球是随处可见的。但是普通的气球,其形状是在制造后就已经确立了,即吹出来的气球形状除了大小不一样,其形状特征是相似的。论文中提出使用 kirigami(剪纸)方式,可以实现各式各样的气球。并且气球的形状是可以预编程的,即可以通过编程来控制它的形状。在使用之后,还可以恢复原来的形状。

  如下图,是可编程气球的一个展示。

(图片来源:This programmable balloon could pave the way for new shape-morphing devices (Image courtesy of the Bertoldi Lab/Harvard SEAS),版权归论文作者,这里仅用于学习)

  看到这个图片的一瞬间,我想到了婚礼庆典常用于装饰房间的拉花。

  经过查看相关资料,拉花也是 kirigami 的一种。

  在论文中,将 kirigami 薄板嵌入到了充气的设备中。这样,在气球膨胀的时候,kirigami 片上的切口会引导生长,有些地方膨胀,有些地方收缩。通过控制每一个 kirigami 片的参数和切口的参数,就可以实现平铺、弯曲和扭曲等,从而控制全局形状,生成各种复杂的形状。可以发现,kirigami片越小越多,能够生成更加复杂、更加精细的形状。

  在论文中,成功实现了一个钩子形状的模拟。


(图片来源于论文,版权归论文作者)

  在实现钩子形状后,又实现了复杂的南瓜模拟。


(图片来源于论文,版权归论文作者)

  阅读论文后,发现生活处处都有灵感。在很小的时候,就见过了拉花等剪纸艺术,但是未将其与可拉伸的软性材料结合起来。可能还是缺乏创新能力和想象力吧,希望以后可以多观察生活,提高这些方面的能力。

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