来源：EFL生物3D打印与生物制造
在折纸中，一张纸可以呈现出拍打的鸟或跳跃的青蛙的形状，这取决于它的折叠方式。将折纸的原理应用于材料设计，则可以开发处具有特殊性质的超材料。
机械超材料是具有特殊几何排列的宏观结构，能产生不寻常的力学性能和变形模式。手性超材料可实现应变与扭转的耦合等特殊变形效果，但现有超材料存在双运动耦合、无法独立控制且变形受限（应变≤2%）等问题。来自普林斯顿大学的 Glaucio H. Paulino 教授团队合作构建了模块化手性超材料，由拉胀平面镶嵌和受折纸启发的柱状阵列组成，实现了解耦驱动。这种结构可以表现出自然界中不存在的响应：它们在压缩时会扭曲，在扭曲时会压缩。这种设计可以用于制造用于各种应用的材料，包括热调节、机器人和包装。相关工作以 “Modular chiral origami metamaterials” 为题发表在《Nature》上。
这项研究的第一作者为中国学者赵拓，其本科就读于大连理工大学，现为普林斯顿大学博士后研究员。
研究了标准弹性材料、代表性扭转超材料和本文超材料的变形机制，结果表明本文所构建的超材料具有独特的多模态变形机制，可在两种独立驱动条件下变形。
图 1. 由铰接镶嵌和手性折纸晶格单元组成的多模态超材料。
研究了超材料在旋转驱动下的变形行为，结果表明理论能较好地预测超材料的面内和面外变形。
图 2. 用旋转致动器进行自由平移的多模态变形实验验证。
研究了超材料在线性位移驱动下的变形，结果表明不同边界条件会使超材料呈现不同的多模态变形行为。
图 3. 用线性位移致动器进行自由旋转的多模态变形实验。
通过建立替代模型进行模拟的研究方法，研究了超材料在扭转和压缩载荷下的变形，结果表明模拟结果与实验结果相符。
图 4. 模块化组件多模态变形的替代模型模拟。
通过设计组装规则研究了超材料的可重构性，结果表明可通过选择不同组装规则来重新编程超材料的力学性能。
图 5. 创建可重构超材料的即插即用策略。
本文构建的超材料在机器人、热调节、信息存储等领域都有潜在应用。
图 6. 多模态折纸超材料的应用范围。
研究结论
本研究探索了模块化手性超材料，其在单自由度驱动下可实现扭转、收缩和高度变化等有限多模态变形。多模态变形与 Kresling 图案的非刚性折纸行为及手性折纸的模块化相关。该超模块化系统可实现可重构多稳定性、可调负载能力、可扩展性和多物理场集成。研究成果可用于揭示热调节等应用、阐释机械滞后等理论，还能拓展跨学科研究，如用于微机器人的按需编程组装变形和性能调控。
文章来源：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08851-0
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