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

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。……