麻省理工團隊突破工程限制，切紙藝術啟發可變形材料新應用
Know when to fold them: the tech inspired by origami
作者: Chris Baraniuk | 時間: Tue, 03 Mar 2026 05:45:46 GMT | 來源: BBC
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實驗室裡充滿了尖叫聲——所幸，這些是歡喜的尖叫。麻省理工學院（MIT）博士候選人阿基布·扎曼（Akib Zaman）剛剛讓一張迷你椅子憑空出現。
他拉動一條連接在扁平長方形華夫餅狀材料上的線，這塊材料被分割成數十個形狀不規則的方形磚塊。隨著他精準的拉扯，整塊材料壓縮收攏，突然立起並形成一張小巧流線、現代風格的椅子。
經過數月努力，這是他與另一位研究夥伴首次見證構想成真。「那一刻非常珍貴，」扎曼回憶道，「我們都很興奮，忍不住尖叫起來。」
扎曼的靈感來自日本藝術形式切紙藝術（kirigami），類似摺紙藝術（origami），但不僅僅是將紙張摺疊成立體造型，還涉及切割步驟。
這項技術常見於製作立體紙雕。多年來，摺紙與切紙藝術持續啟發工程師，這些手法能使材料展現出驚人特性，但長期以來難以找到實用應用場景。
扎曼與同事開發出一種方法，將3D列印材料切割成方塊狀磚塊。這些磚塊側面的角度與精確切割方式，使材料受壓時能彈出預設立體形狀，例如椅子、帳篷結構或弧形容器。
研究團隊開發電腦程式，將3D模型轉換為帶有拉繩的平面網格結構。相關成果已於去年12月發表論文。
「這項技術能應用於建築等大型結構，」扎曼表示。
從另一端來看，該技術也可用於製造微小結構，啟動後展開並向人體特定部位遞送藥物。扎曼指出，團隊目前已在該領域展開合作研究。
然而，將摺紙或切紙藝術應用於工程的關鍵挑戰在於，這些技術往往使結構過於複雜。日本天文物理學家三浦公亮開發的三浦摺疊法，能將材料摺疊成平行四邊形，實現極致緊湊收納，最初用於衛星太陽能板的儲存方案。
1995年，日本衛星實際運用此技術展開太陽能板。但布里斯托大學摺紙工程專家馬克·申克（Mark Schenk）指出：「解決問題有更簡便的方法。」
他提到，摺紙設計難以擴大規模應用，且紙張外的材料在反覆摺疊後容錯率較低。
「摺紙尚未廣泛應用於實際工程，」申克說，「但情況可能正在改變。」
近年來，研究人員對摺紙結構的數學理解突飛猛進，目前已有眾多新創公司與學研衍生企業致力開發相關產品。
瑞典新創公司Stilfold即為一例。執行長暨共同創辦人約納斯·尼揚（Jonas Nyvang）表示：「我們正將基於摺紙的金屬板材成型技術工業化。」該公司用鈍輪在金屬板上壓出折痕，形成彎曲結構以增強剛性，「就像拿披薩時的動作。」
摺紙模型常藉由紙張彎曲來提升強度。芬蘭「Fold2」專案則利用精密摺疊紙板製作運輸包裝內襯。
Stilfold使用金屬的優勢在於，無需額外支架、螺絲或支撐結構即可強化材料，減少整體用量與製造成本，同時降低碳排放。「僅靠增加剛性就能減少20-30%的材料使用，」尼揚指出。
該公司已開發出金屬板折皺機器人，迄今為止已運用此技術生產200輛閃亮金屬外殼的電動機車車架，正陸續交付客戶。
尼揚表示，Stilfold正與瑞典汽車製造商富豪汽車（Volvo）及斯堪尼亞（Scania）合作，探索為車輛開發輕量化零件的可能。
不過，要讓此技術廣泛普及仍具挑戰。尼揚坦言，說服工程師改變傳統製造方式並不容易。
對某些研究者而言，應用摺紙技術改良現有裝置的潛力令人嚮往。美國東北大學的莫尼什·烏普曼尼（Moneesh Upmanyu）及其學生，去年獲頒一項專利，設計出運用摺紙結構的強韌可折疊機翼。
該設計類似內含手風琴式波紋結構的機翼，能快速摺疊或靈活變形。例如，機翼邊緣可像鳥類羽毛般彎曲以維持飛行穩定。
「鳥類能自然地變形翅膀，」烏普曼尼說，「牠們已經將這種高效飛行方式完美進化。」飛機與風力發電機未來或許能模彷此特性。他建議可透過閥門系統，使機翼自動根據氣壓動態調整形狀。
這些構想要轉化為實品仍需大量研究與投資。與此同時，傳統紙張摺疊藝術仍受到許多人喜愛，但並非每個人都熱愛此道。
「對我來說這是學術興趣，也是我的工作，」申克坦言，他對製作紙質摺紙模型興趣缺缺，「有趣的是，我母親卻非常擅長這項技藝。」