Искусство оригами давно перестало быть просто развлечением. Инженеры обращаются к японской технике складывания бумаги, чтобы создавать компактные конструкции, которые можно перевозить в сложенном виде, а затем разворачивать. Такой подход особенно ценен в космосе, где каждый сантиметр объема имеет значение.

Но у традиционных оригами-структур есть слабое место. Их непросто складывать и раскладывать. Любая ошибка в последовательности может сорвать весь процесс. Для космической техники, где надежность решает все, это критическая проблема. 

Американский инженер Ларри Хауэлл (Larry Howell) из Университета Бригама Янга вместе с коллегами представил новый тип оригами-структур, которые получили название «цветочные узоры». Исследователи не просто разработали очередной узор — они открыли и математически описали целое семейство оригами-форм. По мнению авторов новой научной работы, их конструкции, раскрывающиеся как цветок, могут изменить будущее телескопов и солнечных панелей в космосе.

Эти структуры кардинально меняют сам принцип развертывания. Вместо сложной последовательности действий они раскрываются одним синхронным и плавным движением. Плоский тонкий диск, напоминающий сложенный бумажный цветок, за мгновение превращается в объемную чашеобразную форму. Ее сегменты, симметричные и идентичные, движутся в идеальной гармонии, исключая саму возможность сбоя в середине процесса.

Статья по теме: Конструкция «вертолета» Леонардо да Винчи может сделать дроны более тихими

Раньше такие фигуры встречались только как отдельные примеры. Их делали любители оригами или изучали ученые. Но команда Хауэлла увидела, что все они на самом деле связаны между собой и относятся к одной «семье» форм. У каждой фигуры в середине есть многоугольник, вокруг которого расположены одинаковые складки. Если взять такой узор в сложенном виде, он выглядит как плоский диск. Но стоит его развернуть — и он превращается в объемную форму, которая раскрывается плавно и всегда правильно.

Исследователи классифицировали разные варианты таких узоров и объяснили их работу математически. После этого они построили реальные образцы, используя материалы разной толщины — от пластика до акриловых панелей. В испытаниях каждая модель раскрывалась стабильно и безотказно.

Технология, предложенная Хауэллом и его коллегами, найдет применения в космосе. Одна из самых многообещающих областей — создание космических телескопов. Новые изогнутые формы могут приблизить возможности космической оптики к решениям, применяемым в наземной астрономии, и позволить получать более четкие изображения далеких галактик и экзопланет.

Статья по теме: Японские ученые превратили цикад в биодинамики

Но ценность открытия заключается не только в конкретных устройствах. Математическая модель, лежащая в основе «цветочных узоров», — мощный инструмент для будущих исследований. Она позволяет ученым не действовать методом проб и ошибок, а точно прогнозировать результат. Теперь инженеры могут заранее смоделировать, как будет вести себя та или иная складывающаяся конструкция, стоит ли вообще тратить силы на ее создание или лучше выбрать другой путь.

Открытие семейства «цветочных» оригами-структур — не просто красивый эксперимент на стыке искусства и науки. Технология может кардинально изменить подход к проектированию космических миссий. Повышение надежности, упрощение механизмов и возможность создавать крупногабаритные оптические системы открывают новые горизонты для астрономии и освоения космоса. 

С выводами команды Хауэлла можно ознакомиться в журнале Proceedings of the Royal Society A.