华盛顿大学研究人员利用古老的折纸艺术生产高科技减震器

 
折纸可以保护足球运动员和可重复使用的火箭吗?
研究人员已经展示了古老的纸张折叠技术如何能够缓解冲击的冲击，无论是开裂到头盔还是在着陆垫上。
今天在Science Advances出版的一篇开放获取论文中描述的这项技术利用了纸张和其他材料折叠折痕的应力松弛效应。
“如果你戴着由这种材料制成的橄榄球头盔，并且有些东西击中了头盔，你就不会觉得头部受到了打击。当能量到达你时，它就不再推动了。华盛顿大学航空与航天学副教授Jinkyu Yang在新闻发布会上表示，它正在拉动。
这并不是说未来的橄榄球头盔将由纸制成。但杨和他的同事用纸模型测试的工程原理很可能被转化为火箭落地腿，汽车和其他应用的新型减震结构。
该团队研究了如何构建超材料以便以新颖的方式应对冲击力。
“超材料就像乐高积木。你可以通过重复单一类型的构建块或单元格来制作所有类型的结构，“杨解释说。 “根据您设计单元的方式，您可以创建具有前所未有的独特机械性能的材料。”
在他们的实验中，研究人员想出了各种各样的图案，这些图案可以用纸激光切割并组装成折纸式单元格。
“折纸非常适合实现单元格，”合着者，美国大学航空航天博士生Yasuhiro Miyazawa说。 “通过改变将折痕引入扁平材料的位置，我们可以设计出折叠和展开时表现出不同刚度的材料。在这里，我们创造了一个单元格，可以减轻人们推动它时所感受到的力量，并且当细胞恢复到正常形状时，它会突出紧张。“
研究人员组装了一个由20个单位细胞组成的链，一个接一个地堆叠在一起。然后他们推动链条的一端，并用六个GoPro相机跟踪效果。
研究人员记录的内容可能听起来违反直觉：首先，单位细胞沿着压缩波传递。但随着波浪的推进，推动的力量被纸张的折痕吸收，并在折痕恢复正常时转化为相反的推回。
压缩波的原始力量从未下降到链条的另一端。相反，它被与后推相关的张力所取代。因此，研究人员注意到了“拉动”，而不是在链条的远端注册“推”。
“影响是我们每天遇到的问题，我们的系统提供了一种全新的方法来减少其影响。例如，我们想用它来帮助人们和汽车在车祸中表现得更好，“杨说。 “现在它是由纸制成的，但我们计划用复合材料制作它。理想情况下，我们可以针对每种特定应用优化材料。“
除了Yang和Miyazawa之外，科学进展论文的作者，“基于折纸的减少孤立波创造的影响减缓”，包括Hiromi Yasuda，他是UW的博士生，当时进行了这项研究，但现在是博士后宾夕法尼亚大学研究员;马萨诸塞大学阿默斯特分校的Efstathios Charalampidis和Panayotis Kevrekidis;和鲍登学院的Christopher Chong。该研究由国家科学基金会，海军研究办公室和华盛顿研究基金会资助。