Multistable inflatable origami structures at the metre scale

充气的 软件部署 双稳态 太阳帆 计算机科学 流体学 比例(比率) 执行机构 机械工程 工程类 航空航天工程 材料科学 物理 推进 人工智能 光电子学 量子力学 操作系统
作者
David Melancon,Benjamin Gorissen,Carlos J. García-Mora,Chuck Hoberman,Katia Bertoldi
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:592 (7855): 545-550 被引量:413
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03407-4
摘要

From stadium covers to solar sails, we rely on deployability for the design of large-scale structures that can quickly compress to a fraction of their size1-4. Historically, two main strategies have been used to design deployable systems. The first and most frequently used approach involves mechanisms comprising interconnected bar elements, which can synchronously expand and retract5-7, occasionally locking in place through bistable elements8,9. The second strategy makes use of inflatable membranes that morph into target shapes by means of a single pressure input10-12. Neither strategy, however, can be readily used to provide an enclosed domain that is able to lock in place after deployment: the integration of a protective covering in linkage-based constructions is challenging and pneumatic systems require a constant applied pressure to keep their expanded shape13-15. Here we draw inspiration from origami-the Japanese art of paper folding-to design rigid-walled deployable structures that are multistable and inflatable. Guided by geometric analyses and experiments, we create a library of bistable origami shapes that can be deployed through a single fluidic pressure input. We then combine these units to build functional structures at the metre scale, such as arches and emergency shelters, providing a direct route for building large-scale inflatable systems that lock in place after deployment and offer a robust enclosure through their stiff faces.
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