新技術能讓剪紙式樣彎折成多種形狀。

剪紙雪花、立體彈出式兒童讀物、精緻的紙質卡片……這些與剪紙工藝相關的精美作品並非手工藝者的獨好。《先進材料》雜誌當地時間12月22日發文稱，受剪紙工藝啟發，美國西北大學（NWU）的工程師開發了一種可替代3D列印的精密工程技術。

單詞“Kirigami”（剪紙藝術）源自日語詞彙“kiru”（切割）和“kami”（紙）。它是一種歷史悠久的傳統藝術形式——匠人們精心切割紙片，並將其塑造成三維物體。工程師們借鑑剪紙藝術，以軟體指導的精確幾何方式切割薄膜材料，也同樣可以建立複雜結構。

2015年發表的一篇論文顯示，受剪紙藝術啟發製造的“彈出式”模型具有良好的應用前景。用剪紙技術剪下成的帶狀結構具有開放性特徵，但這類技術構建閉合形狀的能力有限。現在，NWU的研究人員將剪紙技術又向前推進了一步。

NWU機械工程學教授Horacio Espinosa說：“我們的團隊能夠將剪紙技術的設計概念應用到奈米結構中。透過融合納米制造、原位顯微鏡技術及計算模型，我們得以展現剪紙結構的豐富形變，並確定了它們在實際應用中的使用條件。”

首先，研究人員用半導體制造工藝建立了二維結構，然後在超薄薄膜上小心地進行“剪紙切割”。由薄膜殘餘應力引發的結構失穩促成了清晰的三維結構。

研究人員表示，這種剪紙結構可以應用於諸多領域，如細胞夾持器、空間光調製器及機翼控制。此前，工程師用靜電效應控制微型夾持器。相比之下，對於基於剪紙技術的新型夾持器而言，工程師們只需調整拉伸量即可精確控制抓力。

通常情況下，剪紙圖案能夠創造的形狀是有限的。透過使用不同的切割方式，Espinosa團隊展示了薄膜的彎曲和扭曲效果，從而創造出了更多樣化的形狀（包括對稱形狀和不對稱形狀）。Espinosa團隊首次證實，藉助剪紙技術，幾十奈米厚度的薄膜也能構建三維形狀，並且其功能範圍更加寬泛。

Espinosa教授表示，隨著研究的深入，他的團隊計劃探索剪紙技術在更大空間範圍內的應用，此外，他們還將探索如何嵌入分散式驅動器以控制剪紙結構。經過最佳化升級，剪紙技術的應用空間將更加廣闊。

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊編號：0935-9648

原文連結：https://phys.org/news/2020-12-japanese-artform-technique.html