折纸与竹子启发的超强扁平包装管：未来结构设计的全新可能
墨尔本，澳大利亚 – 扁平包装管，这种折叠后节省空间，展开后可用于各种结构的材料，在应急避难所、医疗植入物甚至太空太阳能电池阵列等领域都有着广泛的应用。然而，传统扁平包装管由于结构上的限制，展开后强度往往不足，无法承受较大的负荷。
为了克服这一难题，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT University）的研究团队从折纸和竹子中汲取灵感，开发了一种全新的“弧形皱褶折纸”管设计，为扁平包装管的强度和应用开辟了新的可能性。
受自然启发的创新设计
该团队的首席科学家 Mike Xie 教授和 Jeff（Ting-Uei）Lee 博士带领的研究团队，将目光投向了自然界中结构坚固的材料，如折纸和竹子。折纸艺术中巧妙的折叠方式能够将纸张塑造成各种形状，同时保持其强度；而竹子则以其独特的内部结构而闻名，这种结构赋予了它极高的抗弯曲和抗压能力。
研究人员将这些自然原理应用于扁平包装管的设计中，他们在管子的内部加入了一排激光切割的聚乙烯圆盘。这些圆盘的内部结构使其具有双稳态性，即可以处于两种状态中的任何一种：扁平状态和弯曲状态。
当管子被压平时，圆盘也处于扁平状态。然而，在管子折线的两侧施加压力时，圆盘会弹出，变成弯曲状态，从而将管子内壁压出，使其完全撑圆并撑开。这种设计类似于竹子的内部结构，通过内部的空腔和节点来增强其强度。
突破性的强度测试
为了验证新型扁平包装管的强度，研究团队进行了一次技术演示。他们搭建了一个由四根并排排列的管子和一块薄板组成的平台，平台的尺寸为 800 x520 毫米，重量仅为 1.3 千克。令人惊讶的是，这个平台能够承受一个体重 75 千克的人，即使像桥梁一样悬挂起来也不会变形。
未来应用的广阔前景
这项研究成果不仅为创新和多功能结构设计开辟了新的可能性，而且还能显著改善现有的可部署系统。新型扁平包装管可以应用于各种领域，例如：
- 应急避难所： 更轻、更坚固的扁平包装管可以建造更安全、更舒适的应急避难所，为灾难发生时提供更好的庇护。
- 医疗植入物： 更强的扁平包装管可以用于制造更耐用的医疗植入物，例如支架和人工关节，提高患者的治疗效果。
- 太空探索： 更轻、更坚固的扁平包装管可以用于制造可展开的太阳能电池阵列，为太空探索提供更可靠的能源供应。
- 建筑工程： 更强的扁平包装管可以用于制造轻型建筑材料，例如桥梁和屋顶，降低建筑成本，提高建筑效率。
未来研究方向
研究团队表示，他们将继续对不同的管子形状和材料以及不同的力应用进行实验，以进一步优化新型扁平包装管的设计，使其能够满足更广泛的应用需求。
结论
新型“弧形皱褶折纸”管设计是扁平包装管技术的一次重大突破，它将为未来结构设计开辟新的可能性，并为各种领域带来革命性的改变。这项研究再次证明了自然界是人类创新的源泉，通过学习自然，我们可以创造出更强大、更轻便、更可持续的材料和结构。
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