Лабораторія наповнилась криками – криками радості. Акаб Замн, кандидат наук в Массачусетському технологічному інституті (MIT), щойно зумів зробити мініатюрний стілець, здавалося б, з повітря.
Він потягнув за нитку, прикріплену до плоскої прямокутної пластини, розділеної на десятки нерівнень квадратних плиток. При обережному потягуванні, пластина склалась разом, раптово встала і прийняла форму маленького, вигнутого, сучасного стільця.
Після місяців праці, це був перший раз, коли він і один із його колег побачили, як їхня ідея втілюється в життя. «Це був чудовий момент», – пригадує Замн. «Ми обидва були захоплені – ми закричали».
Замн надихнувся японським мистецтвом кірігамі, яке, на відміну від орігамі, включає не лише складання паперу для досягнення 3D форми, але і розрізання.
Ці техніки уже давно впливають на інженерів. Вони можуть дозволити матеріалам діяти в несподіваних способах – але знайти корисні застосування для них довго було викликом.
У випадку Замна, він та його колеги знайшли спосіб 3D-друкувати матеріал, поділений на крупні, квадратні плитки. Кути сторін цих плиток і точність зрізів, які їх розділяють, означають, що, коли їх стиснути разом, вони спливають у бажану 3D форму. Це може бути стілець, конструкція схожа на намет або вигнутий контейнер.
Команда створила комп’ютерну програму, яка перетворює 3D модель у плоску, сітчасту версію, до якої прикріплена тяга. Ця робота була описана в статті, опублікованій в грудні.
«Ви можете створити більшу конструкцію, таку як будівля», – каже Замн.
А на іншій стороні масштабу, ця технологія також може бути використана для створення маленьких структур, які, активуючись, відкриваються та доставляють ліки до певних місць в організмі. Замн зазначає, що він та його колеги зараз співпрацюють над дослідженнями в цій області.
Однак одним з ключових викликів, коли мова йде про впровадження орігамі або кірігамі в інженерію, є те, що ці техніки часто ускладнюють речі. Відоме складання Міура, розроблене японським астрофізиком Кōрьо Міурою, складає аркуш матеріалу у паралелограм, що дозволяє йому складатися дуже компактно.
Мета полягала в створенні рішень для зберігання сонячних панелей на супутниках та космічних кораблях. У 1995 році реальний японський супутник розгорнув сонячну панель, яка була складена за методом Міура. Проте, Марк Шенк, експерт з інженерії, натхненною орігамі в Університеті Бристоля, каже: «Є простіші способи вирішити цю проблему».
Він зазначає, що може бути важко масштабувати дизайни на основі орігамі, а також використовувати їх з матеріалами, які не є папером – що є надзвичайно прощальним навіть після багатьох складок та перетворень.
«Орігамі все ще не є звичним у реальних інженерних застосуваннях», – говорить Шенк. Але це може змінитися.
Матhematичне розуміння структур, схожих на орігамі, за останні десятиліття значно покращилося, зазначає він, і зараз існує кілька стартапів та університетських компаній, що прагнуть розвивати продукти, натхнені орігамі та кірігамі.
Stilfold, у Швеції, є одним із таких стартапів. «Ми індустріалізуємо легший спосіб формування листового металу на основі орігамі», – говорить генеральний директор і співзасновник Йонас Ніванг. Stilfold використовує тупе колесо, щоб зробити заломи в листовому металі. Це створює вигин або згин у матеріалі, що також зміцнює його. «Якщо ви тримаєте [слайс] піци», – пояснює Ніванг.
Моделі орігамі іноді покладаються на складання або вигин паперу для додаткової жорсткості.
Фінський проект під назвою Fold2 вивчав використання складеного картону для створення упаковки-добавок, розроблених для захисту продуктів під час перевезення.
Для Stilfold перевага полягає в тому, що це дозволяє зміцнити матеріал, не вимагаючи великої кількості кріплень, гвинтів або опор – зменшуючи загальний обсяг матеріалу, що потрібно, а отже, також вартість і викиди вуглецю будь-якого продукту, виготовленого за такою технікою. «Ми можемо досягти зниження матеріалів на 20-30%, лише додаючи жорсткість», – говорить Ніванг.
Stilfold розробила робот, який може скласти листовий метал, і компанія вже використала цей метод для виготовлення кузовів для 200 блискучих електричних мотоциклів, які вже доставляються клієнтам.
Ніванг каже, що Stilfold співпрацює з шведськими автомобільними компаніями Volvo і Scania, щоб подивитися, чи можуть вони створити нові, легкі деталі для автомобілів та вантажівок.
Однак заохочення більш широкого впровадження технології може бути ускладненим. Ніванг каже, що іноді важко переконати інженерів перейти на абсолютно інший спосіб роботи.
Проте перспектива використання орігамі для покращення існуючих технологій є привабливою для багатьох. Моніш Упманью з Університету Нортheastern у США та один з його піддослідників отримали патент минулого року на дизайн, який використовує орігамі для створення міцних, але складних конструкцій крил.
Це як крило з гнучкою, хвилястою структурою всередині – щось на зразок акордеону – що дозволяє цьому крилу швидко складатися або легко гнучити.
Таке крило могло б, наприклад, згинати лише свої краї, так як це роблять птахи з їхніми пір’ям, щоб стабілізуватися під час польоту.
«Птахи насправді можуть змінювати форму своїх крил», – каже Упманью. «Вони вдосконалили цей надзвичайно ефективний спосіб літати». Літаки та вітрові турбіни, можливо, одного дня також зможуть робити щось подібне. Упманью припускає, що крило може автоматично та динамічно реагувати на тиск повітря, використовуючи систему клапанів для регулювання своєї форми.
На реалізацію цих ідей у реальні продукти знадобиться багато досліджень та інвестицій. Тим часом традиційне паперове орігамі залишається заняттям, яке полюбляє багато людей. Однак не всім це подобається.
«Для мене це академічний інтерес, це моя робота», – зізнається Марк Шенк, який говорить, що йому мало цікаво створювати паперові моделі орігамі. «Моя мати, смішно, дуже добре це робить».
