Новые орнаменты оригами в форме цветка улучшат конструкцию космических аппаратов

Примеры цветочных орнаментов в различных сложенных состояниях. Автор: Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2025). DOI: 10.1098/rspa.2025.0299

Древнее японское искусство складывания бумаги, или оригами, уже вдохновляет дизайн космических аппаратов следующего поколения, но теперь появилось новое семейство оригами-форм, которое может сделать их ещё более компактными и надёжными.

Ларри Хауэлл из Университета Бригама Янга и его коллеги разработали новый класс оригами-структур под названием «цветочные орнаменты» (bloom patterns), которые складываются в плоскую форму и раскрываются, как лепестки цветка. Эти умные складные конструкции также могут использоваться для других космических структур, таких как телескопы и солнечные батареи.

Конструкции на основе оригами идеально подходят для космических аппаратов, поскольку их можно сложить для запуска, а затем развернуть до полного размера в космосе или по прибытии в пункт назначения. Эта способность к компактной упаковке не только делает миссии более дешёвыми для запуска, но и позволяет небольшим полезным нагрузкам легко «присоединяться» к ракете, несущей другой спутник.

Однако существующие орнаменты оригами не всегда легко упаковать, и их развёртывание может быть сложным. Цветочные орнаменты решают эту проблему, складываясь плоско, оставаясь плоскими, а затем широко раскрываясь.

О существовании цветочных орнаментов уже было известно, но инженеры Университета Бригама Янга поняли, что они являются частью более крупной группы форм, обладающих одинаковыми характеристиками. Они начинаются как плоский тонкий диск и раскрываются одним плавным движением, создавая более крупную изогнутую трёхмерную форму, напоминающую цветок.

Команда разработала математическую модель работы цветочных орнаментов. Как они описывают в статье, опубликованной в Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, они затем построили физические бумажные модели и прототипы. Все формы раскрывались надёжно, что крайне важно, поскольку единственный сбой в складывании может привести к провалу всей космической миссии. Они также создали цветочные орнаменты из других материалов, таких как пластик для 3D-печати.

Четыре репрезентативных цветочных орнамента. Автор: Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2025). DOI: 10.1098/rspa.2025.0299

Старт для новых идей

Как объясняют учёные в своей статье, это исследование является стартовой площадкой для открытий.

«Эта работа закладывает основу для будущего открытия и документирования новых цветочных орнаментов оригами, исследования размещения толщины и механического поведения цветочных орнаментов, а также их использования в качестве развёртываемых систем в различных приложениях».

Помимо улучшения проектирования и развёртывания антенн, оптических устройств для спутников и другого космического оборудования, эти новые цветочные орнаменты оригами также имеют более приземлённые применения. Их можно использовать для создания портативных, штабелируемых конструкций для временных укрытий, всплывающей архитектуры или даже частей робототехники, которые необходимо расширять или сжимать.

Больше информации: Zhongyuan Wang et al, Bloom patterns: radially expansive, developable and flat-foldable origami, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2025). DOI: 10.1098/rspa.2025.0299