材料科学家们从日本古代的纸张折叠艺术中得到灵感，因此下一代新型智能太阳能电池板和充气气囊将有可能得到类似的塑造。目前美国东北大学研究员Soroush Kamrava正在从事相关方面的研究。

Kamrava是美国东北大学机械工程专业的三年级博士生，他目前正在使用校园机械工厂的3D打印机来创建带有折纸艺术风格的智能结构，这种新型结构中蕴含的几何原理，将确保结构可以在吸收能量后恢复形变前的外观。

“折纸是此类手工艺术的一个分支，折纸中塑造的几何形状，同时也是机械结构的基础形状，”Kamrava说。

传统折纸中使用的原料是纸张。 然而大多数工程应用中，满足设计要求的材料必须同时具备一定的厚度、足够的强度和刚度，这就需要使用超材料来代替纸张了。超材料一般指在自然界中找不到的物质，如塑料，金属和橡胶等，而超材料构成了Kamrava研究工作的基础。

折纸专家的工作是将一些基本折叠变成复杂的艺术设计。 而工程师面临的挑战是创建一个结构合理且可以复制的折叠系统。

Kamrava使用超材料来复制他每天遇到的图案和形状。他说：“我们的工作是科学与艺术的结合。因此我的灵感有时来自博物馆，有时来自于旧建筑，甚至有时候灵感来源于漂亮的地砖。”

通常情况下，Kamrava会先使用折纸打印机生产纸质版本的设计。然后他开始反复地测试样品，折叠并展开它，以确保它可以使用更强的超材料进行复制。

一旦确认设计可以用超材料进行复制，他就会开启三维打印机在所需的超材料（通常是塑料）中制造几何形状的碎片，有时需要几个小时才能看出每个碎片材料的大小。

图片来源：东北大学

Kamrava通过模仿折纸的工艺过程，使用金属铰链组装设计的最终结构。因为对轻质材料施加少量压力便会改变结构的形状，但是由于铰链吸收应力，因此可以一次又一次地改变结构。

他的研究重点是智能结构的可部署性，即能够在不产生实际结构缺陷的情况下对智能结构进行战略扩展。 Kamrava根据其敏捷性计算结构的功能应用。

“例如，如果你想将一个大型结构发送到太空，发射费用将十分昂贵，而如果科学家们可以设计一种可自行展开的结构，发射前可以将其折叠成较小的体积，但是当它到达预定位置时可以扩展回原来的形状。” Kamrava说道。

智能结构不是使用电子设备的机械设备，智能结构只是根据其对环境变化的响应而改变其形状。

从开始设计到成品组装，制作一个单一的智能结构大约需要一年的时间。 Kamrava带领着一群研究生和本科生，并与他的顾问、机械和工业工程教授Ashkan Viziri合作。研究高性能材料的Viziri教授十分认同Kamrava利用这种创新方法来创造折纸式材料。

“Soroush做得很出色，他的工作基本都是他独立完成的，”Viziri说。 “他一直在思考下一个想法，以及如何扩展他已经完成的任务，我认为这正是博士阶段教育的关键部分。”

有一天，Kamrava希望使用折纸灵感的元材料来创造可用于生产可再生能源的智能结构。 但就目前而言，他的这一想法仍在尝试中。

Kamrava说： “智能材料是一个持续不断的研究方向，在我看来，能够在研究阶段提出一个精妙的想法就是研究中最难的部分。”