Geometry and Mechanics of Multistable Origami Blocks
The University of Tokyo（东京大学）
研究多稳折纸块在建筑大尺度系统中的应用挑战，通过几何与力学设计方法实现稳定配置与可变刚度，提升自支撑与承重能力。
2026-03-08 cond-mat.soft physics.app-ph
Self-Folding Metasheets: The Optimal Pattern of Strain of Miura-Ori Folded State
自折叠折纸已经成为材料科学中制造功能物体的工具。通常的想法是用折痕图案化片材，并激活它们以使物体自发地折叠成所需的配置。这篇文章表明，共线四边形元片能够折叠成三浦-奥利配置，如果我们只施加应变的一部分，他们的折痕。在这项研究中，我们定义和确定的最佳模式的应变（OPS）的共线四边形变形，即最小的“功能”折痕的模式，自折叠变形可以折叠到三浦-奥利状态稳定。通过比较OPS下每个可能的折叠态沿折叠路径的能量演化，我们得出结论，所需的Miura-Ori路径在初始时间段的能量优势解释了OPS工作的原因。此外，我们测量的投影力的OPS上的初始平坦的metassumption，并给出见解如何确定的OPS仅使用本地信息的初始平坦状态。
2019-08-18 cond-mat.soft
Connecting the Branches of Multistable Non-Euclidean Origami by Crease Stretching
针对非欧折纸因无法平面折叠产生的两条不连通解分支问题，提出通过兼具扭转刚度与延伸性的折痕拉伸实现分支连通，可产生第三个稳态，还能用于多稳态折纸闭式逆向设计，助力相关领域应用。
2023-07-19 cond-mat.soft
Origami and materials science
折纸是一种古老的折叠薄片的艺术，因其在建筑设计、治疗学、可展开空间结构、医疗支架设计、天线设计和机器人等多个领域的实用价值而引起越来越多的关注。在这篇调查文章中，我们强调了它对材料设计的建议价值。在连续体水平上，折纸的构造规则与材料微观结构的分析有直接的相似之处。在原子水平上，晶体、纳米结构、病毒和准晶体的结构都与构建折纸的简化方法有关。这些联系的基础是基本的物理标度律、等距性的作用和群论的简化作用。非离散等距群为新材料的可能设计提出了一个意想不到的框架。
2020-08-13 cond-mat.soft
Novel mechanical response of parallelogram-face origami governed by topological characteristics
本文提出一种解析理论，将折纸薄片按拓扑类别分类，揭示负泊松比结构（如 Miura ori）响应平滑，而正泊松比结构（如 Eggbox ori）因拓扑转变产生零模线而显著变软且响应复杂，从而将拓扑力学确立为控制薄片力学行为的设计原则。
2024-10-03 cond-mat.soft
On the incompressibility of cylindrical origami patterns
几十年来，艺术家、设计师、工程师和数学家一直致力于将复杂的三维结构从纸中折叠出来的艺术和科学，最终设计出了可展开的结构和机械超材料。在这里，我们研究折纸圆柱体的轴向可压缩性，即，由矩形纸张折叠而成的圆柱形结构。我们证明，使用几何参数，一般的折叠模式只允许有限数量的\emph{isometric}圆柱嵌入。因此，这种结构的可压缩性需要拉伸材料或使折叠变形。我们的结果大大限制了空间的结构，必须搜索时，设计新型的折纸为基础的刚性可折叠的可展开结构和超材料。
2016-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Origami of Multi-Layered Spaced Sheets
本文提出了多层间隔折纸的设计与分析框架，通过稀疏连接件连接Miura-ori薄片，揭示了连接件取向决定系统折叠路径，并展示了其在可展开声学斗篷和隔热罩中的应用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Modeling and computation of the effective elastic behavior of parallelogram origami metamaterials
本文开发了一种有效弹性模型和数值方法，基于有效板理论并通过非线性几何相容性约束和能量惩罚，研究平行四边形折纸超材料在广泛载荷下的大变形响应，并利用有限元方法在Firedrake平台上对Miura和Eggbox折纸进行了分析。
2025-05-30 cond-mat.soft
Strain compatibility and gradient elasticity in morphing origami metamaterials
折纸设计的原则已被证明在许多技术应用中是有用的。特别是折纸镶嵌构成了一类具有不寻常的几何和弹性特性的变形超材料。虽然原则上不可伸展，但精细的折痕允许折纸超材料有效地非等距变形。确定与粗粒度折纸运动学兼容的应变以及相应的弹性泛函对于理解和控制折纸超材料的变形路径至关重要。在这里，在一个统一的理论，我们解决了这个问题的广泛的知名折纸镶嵌，包括三浦ori以及其更强大的倾斜，非可开发和非平面折叠的变种。我们发现，这些模式表现出两个普遍的属性。一方面，它们都承认相等但相反的面内和面外泊松比。另一方面，它们的弯曲能与它们的面内应变分离，而是取决于应变梯度。结果说明了折纸柱的自平衡几何的案例研究。
2022-07-18 cond-mat.soft math-ph math.DG
Dimple-Encoded Reprogrammable Origami
University of Birmingham（伯明翰大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）
本文提出一种通过凹痕 snapping 实现空间可寻址铰链的折纸平台，可设计分布式铰链网络并实现多种形状重构，应用于保护性外壳和可展开建筑结构。
2026-05-02 cond-mat.soft physics.app-ph
Origami-based tunable truss structures for non-volatile mechanical memory operation
折纸最近受到了科学界的极大兴趣，作为构建超材料的积木。然而，主要的焦点已经放在他们的运动学应用，如可展开的空间结构和夹层芯材料，通过利用平面折纸平台的紧凑性和膨胀性。在这里，我们提出了体积折纸细胞-特别是三角形的圆柱形折纸（TCO）-可调的稳定性和刚度，并证明其作为非易失性机械记忆存储设备的可行性。我们发现，一对折纸细胞可以开发一个双阱潜力存储位信息，而不需要残余力。使这种基于折纸的方法更具吸引力的是两位机械存储器的实现，其中两对TCO单元相互连接，一对充当另一对的控制。使用TCO为基础的桁架结构，我们提出了一个纯机械的一位和两位的内存存储机制的实验演示。
2016-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Structure, design and mechanics of a pop-up origami with cuts
旋转竖立系统（RES）代表了一种基于折纸的设计方法，用于在没有压缩的情况下从平面片材生成三维（3D）结构。它的旋转和平移运动是完全编码的形式规定的削减和折叠，只有零自由度的几何限制。本文通过有限元数值模拟和物理实验相结合的方法，研究了三重对称RES的力学和几何特性。我们证明了RES中的板弯曲创建了连接两个能量分离配置的物理路径，即，平面和站立状态，允许RES通过快速转换变形为3D形状。我们量化的能量势垒的双稳态，并表明，它是独立的整个跨度的结构，但只取决于其纵横比，表明RES的双稳态基本上是规模无关的。涌现双稳态的无标度和可调性质将在一系列应用中潜在地有用，包括开关器件、能量吸收机械系统和建筑中的一步构造。本研究阐明了基本的驱动机制的折纸为基础的可展开结构扩展与手性图案的削减，开辟了使用优化设计的RES在一系列的人造系统的方式。
2021-08-20 cond-mat.soft
Reprogrammable origami through bistable buckled hinges
J.A.Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学生物工程与应用科学学院）；PSL University（巴黎文理研究大学）；Department of Precision and Microsystems Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学精密与微系统工程系）
本研究提出利用双稳态屈曲垫片作为可重编程折纸铰链，通过切换垫片状态逆转折叠偏好，实现单张折纸在全局机械输入下重构为多种三维形状，为多功能可重构结构提供通用框架。
2026-09-25 cond-mat.soft
Physics-Informed Neural Networks for Programmable Origami Metamaterials with Controlled Deployment
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Seoul National University（首尔大学）
本文提出物理信息神经网络框架，无需训练数据即可对锥形Kresling折纸进行能量景观预测与逆向设计，并通过分层组装实现逐层受控展开，经仿真与实验验证，为可展开系统设计提供无数据编程新途径。
2025-08-19 cond-mat.soft cs.AI physics.comp-ph
Simulation and design of isostatic thick origami structures
针对厚折纸结构高次超静定、易因制造缺陷产生非预期内力的问题，提出用滑动铰链替代传统铰链以降低超静定次数实现等静定的方法，结合指数映射积分的刚性折叠模拟，完成多种经典折纸图案的静力分析，可用于高强度厚折纸结构设计。
2024-04-28 cond-mat.soft math-ph math.MP
Rigidity control of general origami structures
Department of Mathematics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学数学系）
本研究针对通用折纸结构刚度控制机制不明的问题，通过数值模拟分析结构几何拓扑对自由度的影响，提出超几何模型推导刚度变化理论边界，构建统一模型预测临界渗流密度，为柔性力学超材料设计提供支撑。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Foldable Cones as a Framework for Nonrigid Origami
基于折纸的机械超材料的研究通常集中在由铰链连接的刚性平板组件组成的可展开结构的运动学上。当考虑到每个面板的弹性响应时，会发生新的行为，就像可折叠的圆锥体（f-圆锥体）一样：圆形片材装饰有径向折痕，它们可以折叠。这些结构表现出双稳态，在某种意义上，它们可以从一个亚稳态配置到另一个。在这项工作中，我们研究了等距f-锥的弹性行为的任何偏转和折痕力学，引入非线性校正的线性模型研究以前。此外，我们通过一个连续的数值模型，其中包括两个扩展性质的折痕，拉伸和弯曲变形的面板测试的不可扩展性假设。结果表明，这种类相场模型可以成为研究现实折纸结构的一种有效的数值工具。
2019-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Autonomous Deployment of a Solar Panel Using an Elastic Origami and Distributed Shape Memory Polymer Actuators
可展开的机械系统，如空间太阳能电池板，依赖于被动模块的复杂装载，以及使用机动致动器网络的复杂部署。因此，装载质量和体积的很大一部分被这些支撑系统占据。使用固有材料行为部署的自主太阳能电池板阵列仍然难以捉摸。在这项工作中，我们开发了一种自主的自部署太阳能电池板阵列，该阵列经过编程可以响应周围温度的变化而激活。我们研究了一个弹性的“闪光”折纸片嵌入一圈的折叠机制，都印有形状记忆聚合物。优化的伸缩机构可提供最大的膨胀比，同时提供展开所需的力。折纸片也被优化，以携带最大数量的太阳能电池板给定的空间限制。我们展示了如何折叠的“闪光”折纸表现出分叉行为，无论是在一个圆锥形或圆盘形状的数值和实验。设计了折叠策略以避免不期望的圆锥形状。由此产生的设计完全是3D打印的，在40秒内实现了1000%的膨胀率，并且在收起和展开配置中显示出与模拟预测的良好一致性。
2018-10-21 cond-mat.soft physics.app-ph
Cutting holes in bistable folds
折叠的盘是双稳态的，因为它可以通过折叠上的小的高度变形区域中局部化的弹性能量而弹出到反转状态。切掉这个奇异性会使周围的材料松弛，当孔的尺寸达到临界尺寸时，会导致双稳态的损失。这些尺寸是强各向异性的，并且具有令人惊讶的凹入行为，使得去除额外的材料可以重新稳定反转状态。一个模型的表面作为一个广泛的环形可展带被发现捕捉定性的观察实验和模拟。这些现象是必然的力学和设计的褶皱弹性片，可展开的表面，折纸和kirigami，和其他部署和顺应性的结构。
2021-05-24 cond-mat.soft
Continuous modeling of creased annuli with tunable bistable and looping behaviors
折痕被有意地引入到薄结构中，用于设计可展开的折纸、艺术几何形状和具有可调非线性力学的功能结构。折痕结构的力学建模是具有挑战性的，因为折痕引入几何不连续性，往往有复杂的力学响应，由于局部材料损伤。在这项工作中，我们提出了一个连续的描述的尖锐的几何形状的折痕，并将其应用到\emph{creased annuli}的研究，通过引入径向折痕与折痕退火表现弹性的环形带。我们发现折痕环具有一般的双稳态，可以折叠成各种紧凑的形状，这取决于折痕模式和平坦环的过曲率。我们使用正则化狄拉克δ函数（RDDF）来描述折痕的几何形状，RDDF的有限尖峰捕获局部曲率。结合各向异性杆理论，求解了褶皱环空的非线性力学问题，其稳定性由标准的共轭点判别法确定。我们发现精确的桌面模型，从我们的分析框架的数值预测，从有限元模拟的建模结果之间的协议。我们进一步表明，通过改变薄带的剩余曲率，可以实现不同状态的折痕环之间的动态切换，这可能会启发新的可展开和变形结构的设计。我们相信，我们的不连续的几何形状的平滑描述将有利于机械建模和设计的工程结构，包括几何和材料的不连续性。
2023-03-20 cond-mat.soft
