折纸艺术于几百年前出现在日本，直到今天，这项艺术依然在传承着。作为一种富有灵感的艺术形式，折纸不仅仅是学生和当代艺术家的创作领域，也是数学家、材料科学家和物理学家的活跃领域。从19世纪80年代开始，研究人员意识到利用折纸技巧和规则可以去探索和解决科学问题，如调控优化薄片的性能，制备可编程材料。近日，一篇可以在折叠和展开状态之间进行切换的微型机器作品发表在《自然材料》上。(DOI:10.1038 / NMAT4232)。
    这项折叠模式被设计成为变形正方形，由正方形和平行四边形组成，其中平行四边形的强度根据夹角的变化而变化。当打开这种微型折纸机时，机器的结构完全展开呈平坦状态；当关闭这种微型机时，机器折叠成小块装入口袋。工程师可以依据不同的情况，对开关进行激活。

 

如图所示为变形正方形的折纸在折叠后(左图)和折叠前(右图)的模式。图中的红色和蓝色线显示出褶皱的方向，其中蓝色显示凹处，红色显示凸出，星星标志显示图片中相同的点。图片来源：Jesse L. Silverberg， Jun-Hee Na， Arthur A. Evans， Bin Liu， Thomas Hull， Chris D. Santangelo， Robert J. Lang， Ryan C. Hayward和 Itai Cohen.
    康奈尔大学的物理教授Itai Cohen说：“我们创建的机械开关比灰尘还小，该设备还具有依据几何原则将物质从宏观领域转换到微观领域的能力。”  

他补充说，这种机械开关可以列出某些理想模型的理论原则，以便更好地反映现实世界的情况。在这种情况下，作为一个理想化的模型，就可以假设变形正方形的面，就像平行板一样，受到完全刚性约束，其自由度为零，因此呈现折叠结构。然而，在现实中，纸面经常弯曲，如果不考虑这些隐藏的自由度，纸面的一系列行为将无法预测。正如Cohen所说：“这些规则的简化对于其他超材料的折叠模式十分重要。”

科恩和他的同事们以一种传统的方式（在纸上）对变形正方形展开研究。他们手工折叠激光切割纸，然后在纸的两侧贴上胶带。利用测力传感器测量将激光切割纸打开所需的能量，并将与这一过程相关联的稳定和不稳定状态通过图形表示出来。研究发现，经过优化调整的弯曲面结构在进行折叠和展开的切换时，有很强的开/关功能，这与平滑的打开和关闭操作有异（开关状态之间的转换没有突变）。

这些受折纸艺术启发的学者们还测试了微观自折叠高分子凝胶片，该凝胶片由马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校设计。研究发现，在不同的温度下，开关的响应取决于亚毫米设备尺寸的大小。
    Markus Buehler是麻省理工学院的材料科学家和工程师，并没有参与该研究的他说：“将折纸规律应用于计算机建模与仿真结构中十分具有挑战性。这是因为理论模型往往过于简单化，往往会将可折叠折纸结构的分析进行错误地分类。而该工作为克服可折叠材料的缺点做出了巨大的贡献。”
    Cohen和他的同事还宣布，他们将纸和胶的轨迹结合，形成一个通用的结构设计原则，该原则可以为任何折叠单元工作。其中包括在不同条件下将字符串设备的开关打开以释放载荷，即用作微小机器人夹持器。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼    校正：摩天轮