近日，重庆大学土木工程学院教授、重庆大学钢结构工程研究中心团队负责人白涌滔教授课题组在自然指数期刊《Physical Review B》上发表了题为“Ori-kirigami modules for constructing multistable systems and deployable engineering structures”的研究成果，创新性提出了可展工程结构的多稳态体系，在折-剪纸结构多稳态设计和空间折展领域取得重要进展。重庆大学研究生王肇宇为论文第一作者，周绪红院士、白涌滔教授、谭俨珂助理研究员、博士生解程和德国汉诺威-莱布尼茨大学Michael Beer教授为共同作者。

        折-剪纸结构因其可调控的力学性能和灵活的模块化设计等优势，使其在设计多稳态超材料和空间可展结构时具有显著的优势。然而，传统的折-剪纸结构由于设计参数之间存在较强的关联性，改变某个设计参数往往会引起其他参数随之改变，造成结构整体尺寸和性能发生变化，这大大影响了折-剪纸结构的工程适应性。如何实现关键设计参数的单独调节，提出适应性更强的模块化可展结构，对进一步推动折-剪纸结构应用于桥梁及建筑、地外工程等领域具有非常重要的意义。

        针对上述挑战，研究团队提出了一种基于Waterbomb折痕图案衍生的新型折-剪纸模块。这种模块不仅具有单自由度的运动模式和可展性，且在一定范围内能够实现截面尺寸的独立调节，进一步提高了折-剪纸结构的设计空间。

        基于这种模块，研究团队对其实际应用进行了开发。除传统的空间堆叠模块构成三维多胞结构外，通过引入新的剪痕并在剪痕处引入超弹性材料薄膜，可以构建出新型的多稳态系统，通过改变模块数量和设计参数，可以实现稳态数量和能量梯度的定制。这种多稳态系统可以用于柔性传感与精准测量器件的设计，可用于桥梁等建筑设施的检测与监测。

        团队还基于上述模块开发了一种空间可展结构。这种可展结构可以实现单独调节截面尺寸，而不影响其角度和模块数量等参数。此外，相比传统的折纸结构以及类似的折-剪纸可展结构，该结构有着更优异的折展比（单个折面的高厚比为20时，结构的折展比达到7.48），在折叠状态下能够极大地节省空间，相较于同类结构有着更优秀的空间利用效率。通过将多稳态系统的构建方法与该可展结构融合，有望设计出具有多稳态性能的大型空间可展结构体系，在地外结构模块化装配体系等领域具有应用价值。

        《Physical Review B》是Nature Index于2014年首批收录的物理领域顶刊之一，也是美国物理学会（APS）旗下权威期刊。该研究实现了工程结构与多稳态折-剪纸超材料的深度融合与交叉，工作获得了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、重庆市杰出青年科学基金等项目的支持。团队致力于开展折-剪纸结构和超材料的前沿设计方向研究，近年来提出了超长穿透变形的多稳态折-剪纸超材料（Physical Review E 107: 035004.; TAML, 14(3):100509; 专利号：ZL202111351311.9, ZL 202210087744.6）、负泊松比模块化折-剪纸超材料（CBM, 485: 141802, Comp & Struct, 305: 107566）、抗疲劳刚性折纸（JPVP 209: 105153）等具有特殊力学性能的折-剪纸构型，对其在工程结构消能减振和安全防护、空间可展结构等领域开展了系统探索。