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美國團隊在二維剪紙結構上設計邊界形狀,并通過拉伸實現任意三維曲面,有望用于海洋生物探索

2022-03-27 00:29:09
海外星云 2022年5期
關鍵詞:設計

紙也能抓生蛋黃?紙也能抓住小魚?甚至抓一根頭發絲,又或400克重的砝碼?

近日,美國北卡州立大學尹杰團隊研發出一款剪紙抓手,該剪紙可以抓起易碎的生蛋黃,并將它完好無損地放回原處。

兜住蛋黃的剪紙

并能以同樣的方式移動活魚、肥皂泡、SD卡、一根頭發和上述砝碼等。

2022年1月26日,相關論文以《邊界曲率引導的可編程形狀變形剪紙片》為題發表。

兜住頭發的剪紙

兜住小魚的剪紙

據介紹,作為中國最古老的民間藝術之一,剪紙藝術可通過切割來引導二維到三維的變形,提供了一種高效地實現平面到各種三維形狀變化的途徑?,F有的三維曲面剪紙設計依賴于復雜切割圖案,這使得逆向設計剪紙圖案極具挑戰性。

剪紙表情變換

說到曲面就得提到微分幾何中的經典Gauss-Bonnet定理,該定理給出了沿邊界的測地線曲率與曲面高斯曲率等的積分關系。受該定理啟發,研究中,該團隊利用正向和反向設計,對切割邊界的曲率、而不是剪紙片中的復雜切割模式進行編程,以實現各種目標三維曲面形狀。

這一策略將平面剪紙邊界形狀與三維曲面形狀相關聯,三維結構的最終形狀取決于材料的外邊界,因此在很大程度上簡化了平面剪紙的逆向設計。例如,具有圓形邊界的二維材料將形成球形三維形狀。

利用該策略,他們展示了讓剪紙作為通用且無損抓取器的潛在應用。在剪紙材料上,該團隊使用0.13毫米厚的常見PET塑料薄片,通過激光切割來生成剪紙。……

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