Kirigami podiže izradu pop-up knjiga i albuma na sasvim novu razinu. Ova japanska umjetnost uključuje rezanje uzoraka u papiru kako bi se dvodimenzionalni list pretvorio u zamršenu, trodimenzionalnu strukturu kad ga se djelomično presavije. U rukama umjetnika, kirigami daje nevjerojatno detaljne i delikatne replike struktura u prirodi ili arhitekturi. Inženjeri principe rezanja papira primjenjuju za dizajniranje robotskih hvataljki, rastezljive elektronike i drugih materijala i uređaja koji mijenjaju oblik. Dizajn tih proizvoda obično bi se smišljao od nule jer sve dosad nije postojao uzorak po kojem bi se materijali transformirali iz jednog željenog oblika u drugi.

Opća računska strategija

Nova studija u časopisu Nature Computational Science predstavlja opću računsku strategiju koja može riješiti bilo koju dvodimenzionalnu transformaciju inspiriranu kirigamijem. Metoda se može koristiti za određivanje kuta i duljine rezova koje treba napraviti i omogućava brojne transformabilne 2D kirigami strukture, uključujući krug koji se pretvara u kvadrat i trokut koji se pretvara u srce.

"Ljudi su govorili o kvadratu i krugu kao o jednom od nemogućih problema u matematici: ne možete jedno pretvoriti u drugo. Ali s kirigamijem, kvadratni oblik zapravo možemo pretvoriti u oblik kruga", kažu autori metode s MIT-a. Jedna od prvih primjena ove metode bila je u građevini i izradi velikih fasada nalik na kirigami koje mogu transformirati svoj oblik kako bi kontrolirale sunčevu svjetlost, ultraljubičasto zračenje i prilagođavale se okruženju.

Konceptualni mozaik

Studija je proizašla iz prethodnog rada tima na kirigamiju i origamiju, japanskoj umjetnosti savijanja papira, a istraživači su odlučili izraditi matematičku formulu koja može pomoći ljudima da dizajniraju veliki izbor uzoraka. Oni su još 2019. osmislili uzorak rezova potrebnih da se jedan oblik pretvori u drugi, ali je bio previše računalno intenzivan i trebalo mu je previše vremena da obavi cijelu operaciju.

Potom su osmislili učinkovitiju strategiju. Fokusirali su se na dvodimenzionalne kirigami transformacije i proučili opći kirigami dizajn koji se sastoji od mozaika međusobno povezanih četverokutnih pločica, od kojih je svaka izrezana pod različitim kutovima i u različitim veličinama. Konceptualni mozaik počinje kao jedan oblik i može se rastaviti i ponovno spojiti kako bi se formirao potpuno novi oblik. Izazov je bio opisati kako se jedan oblik može transformirati u drugi, na temelju praznih prostora između pločica i kako se razmaci mijenjaju dok se pločice razdvajaju i spajaju.

3D kirigami

Počeli su od romba i identificirali odnose između kuteva, oblika pojedinačnih praznih prostora i cjelokupnog sklopa. Te su odnose sveli u opću formulu kojom se može učinkovito identificirati uzorak rezova, uključujući njihov kut i duljinu, potreban za transformaciju dvodimenzionalnog lista iz jednog željenog oblika u drugi.

Potom su razvili i dvije metode izrade, 3D ispis i lijevanje u kalupe, pomoću kojih su proizveli mozaike u obliku kruga koji se pretvaraju u kvadrate i jednostavne mozaike u obliku trokuta koji se pretvaraju u složenije oblike srca. Korištenjem ove matematičke formule može se izraditi bilo koji dvodimenzionalni oblik, kažu istraživači koji cijeli proces sad žele proširiti na 3D kirigami.