Képek: MIT
A kirigami a japán origami, a papírhajtogatás művészetének egyik változata. A kétdimenziós papír vágásával – mintákat vágnak ki belőle – és hajtogatásával bonyolult háromdimenziós szerkezetek hozhatók létre ragasztás nélkül. Ügyes alkotók kezében, kifinomult formák (épületek, hegyek stb.) alakíthatók ki a speciális technikával.
Művészek mellett tudósokat és mérnököket is megihletett a kirigami, amelynek elveit robotmarkolók, hajlítható elektronikai cuccok, vízgyűjtő lemezek és más alakváltoztató anyagok és eszközök kidolgozásához használják fel. Általában a semmiből indulnak el, nincs kanonizált terv a minták kivágásához, egy formából egy másik kialakításához.
Általános megoldóképlet
Úgy tűnik, hogy a helyzet változik, mert az MIT (Massachusetts Institute of Technology) gépészmérnökeinek egyik új projektjében általános számítási stratégiával álltak elő kétdimenziós formák bármely kirigami-alapú átalakítására. A csoport korábban is foglalkozott az origamival és a kirigamival, és mindkettőben matematikai szabályok érvényesülését figyelték meg. 2019-ben optimalizáló eljárást dolgoztak ki a kirigamira, csakhogy a gyakorlati kivitelezéshez túl sok számítási kapacitásra és időre volt szükségük. 2021-ben az origamira találtak ki működő és kevesebb erőforrást és időt igénylő megoldást, amelyet aztán módosításokkal, a kirigamira is tudtak alkalmazni.
Az elméleti, szimulációs munkákat követően, két fizikai technikát, 3D nyomtatást és formák kiöntését használva, kis szövetcsíkokat ágyaztak négyszögű lapokba. Ezek szorosan összekapcsolták a terv alapját jelentő négyszögletű csempéket, míg az egymással összekötött csempék együtt mozaikot formáztak. A csempéket aztán különböző szögekre és méretekre vágták. A megadott formájú mozaik szétszedhető, majd teljesen új formává állítható össze.
Így hoztak létre négyszögből kört.
A matematikai formulát a csempék közötti üres terekre, a terek csempék elmozdítása utáni változásaira alapozva fogalmazták meg.
A négyszög körösítése
A módszerrel pontosan meghatározható a bevágások szöge és hossza, hogy a lap a kívánt formából másikká alakulhasson át, amikor széthúzzák és összenyomják.
A kutatók több átalakítható kétdimenziós kirigami-szerkezetet készítettek. Az egyikük négyszöggé módosuló kör, egy másik szívvé változó háromszög. A kör és a négyszög jellegzetes matematikai formák, konszenzus van arról, hogy egyikből sem alakítható ki a másik. A projekt viszont bebizonyította, hogy mégsem lehetetlen.
Mérnökök tervezési problémákat, például feladatfüggően alakváltoztató robotok építését oldhatják meg a módszerrel. Épületek, otthonok intelligens burkolataként használható aktív anyagainak fejlesztéséhez szintén használhatják az eljárást. A kutatók elsőként a formájuk módosításával a napfény hatását, az ultraviola sugárzást szabályozó, a környezethez alkalmazkodó épülethomlokzatokra gondoltak.
Kétdimenziós alakzatok után, hamarosan háromdimenziósokkal kezdenek foglalkozni.
