用于制作动态超材料结构的3D Kirigami积木

“将剪纸应用到三维材料中为这些结构的可重构性提供了一个新的水平，”北卡罗莱纳州立大学机械和航空航天工程副教授Jie Yin说道。据悉，他是一篇关于这项研究工作的论文的通信作者。

研究人员乐观地认为，这些3D超材料可以用于诸如建筑轻型建筑材料、模块化机器人组件和声学超材料的波导等应用。

剪纸是折纸（折り紙）艺术的一种变体，除了折叠还包括剪纸。虽然剪纸是用二维材料如纸完成的，但Yin和他的合作者已经将“剪纸”的原理应用到被切割成连接立方体的三维材料上。

具体地说，研究人员采用了他们的新方法，他们使用了一系列8个连接的两面打开的纸板立方体。把每一个由八个相连的立方体组成的单元看作一个积木。根据立方体之间的连接方式，它们可以被折叠成超过30万种不同的设计。

Yin说道：“可以把这些剪纸单元看作是多功能的建筑模块，它们可以组装成具有不同力学性能的更大的结构。更重要的是，更大的结构也可以拆卸，这允许用户重新组装成新的结构。”

为了证明这一概念的实用性，研究人员创造了十多个可重构的构建块。每个模块由八个相连的立方体组成，可以重新配置成八个不同的形状。视频强调了每个单元可以重新配置成不同的结构的方式、这些结构如何可以组装成更大的结构及组装的大型结构如何可以分解成可重构的模块。

根据每个块体的固体立方墙和开放面的方向及每个块体在更大结构中的位置，结构将呈现出不同的表现。这使得用户能够调整每个构件的机械性能。

Yin说道：“事实上，你可以拆卸和重新配置这些3D超材料从而让用户可以根据需要改变结构的力学性能以执行不同的任务。用一种方式折叠可以使它更容易压缩，用另一种方式折叠可以使它横向移动，用第三种方式折叠可以使它更坚硬或增强它的物理强度，等等。”

Yin指出：“这项工作的重点是展示基本概念。我们的下一步是演示这一概念的应用。”