根據中國科學院物理研究所《納米剪紙技術與三維光學超手征體研究取得進展》一文，近年來，剪紙和摺紙技術在科學界得到了廣泛的重視，包括美國哈佛大學、麻省理工學院、西北大學在內的許多著名研究團隊都進行了專門的研究，這是由於看似簡單的剪紙和摺紙技術中其實蘊涵著深邃的科學思想。例如常見的立體剪紙賀卡就包含了從二維平面結構到三維立體結構的形變科學，其衍生出來的立體幾何變換知識非常豐富，一個顯著的特徵是結構所占空間大小在形變過程中發生了幾個數量級的變化，而驅動這一變化所需要的能量設計又十分巧妙。因此，結合當代材料和製造領域的巨大進步，剪紙和摺紙技術在很多領域得到發展，包括外太空飛行器的太陽能帆板摺疊技術，微納機電系統（MEMS/NEMS），形變建築學，性能特異的機械、生物和光學器件，乃至DNA納米剪裁和摺疊技術。
日前，MIT麻省理工學院宣布他們的一種設計使用剪紙製造超強、輕質的結構。堅固的金屬網格採用剪紙技術製成，比軟木更輕，並且具有可定製的機械性能。
麻省理工學院的研究人員利用剪紙技術來開發超強、輕質的材料，這些材料具有可調節的機械性能，如剛度和柔韌性。 這些材料可用于飛機、汽車或太空飛行器。
MIT
多孔材料是由許多堆積在一起的細胞組成的材料，例如蜂窩。 這些晶胞的形狀在很大程度上決定了材料的機械性能，包括其剛度或強度。 例如，骨骼中充滿了天然材料，使其重量輕，但堅硬而堅固。
多孔材料
3D科學谷白皮書
/ 輕量化、定製化
受到自然界中發現的骨骼和其他細胞固體的啟發，人類使用相同的概念來開發建築材料。 通過改變構成這些材料的晶胞的幾何形狀，研究人員可以設計材料的機械、熱或聲學特性。 這類的建築材料用於許多應用，從減震包裝泡沫到散熱器等等。
麻省理工學院的研究人員利用剪紙技術製造出了一種被稱為板狀晶格的高性能建築材料，據稱，其規模比科學家之前通過增材製造所能實現的規模要大得多。
研究人員開發了一種模塊化構造工藝，其中許多較小的部件被成型、摺疊並組裝成 3D形狀。利用這種方法，麻省理工的科研人員製造了超輕、超強的結構，在指定的負載下，它們可以變形。
由於這些結構重量輕，但堅固、堅硬，並且相對容易大規模批量生產，因此它們在建築、飛機、汽車或航空航天部件中具有較大的應用潛力。
板晶格是由板的三維交叉點而不是梁製成的蜂窩結構。這些高性能結構比桁架晶格更堅固、更堅硬，但其複雜的形狀使得使用 3D 列印等常用技術製造它們具有挑戰性，特別是對於大規模工程應用。
麻省理工學院的研究人員通過剪紙技術克服了這些製造挑戰。剪紙是一種通過摺疊和剪紙製作3D形狀的技術，剪紙技術用於製作夾層結構的時候，必須將平板連接到該波紋芯的頂部和底部，並固定在鋸齒形摺痕形成的狹窄點上。這通常需要強力粘合劑或焊接技術，從而導致組裝速度緩慢、成本高昂且難以規模化。麻省理工學院的研究人員修改了一種常見的摺紙摺痕圖案，稱為 Miura-ori 圖案，因此與鑽石上的刻面一樣，通過刻面提供了平坦的表面，可以使用螺栓或鉚釘更輕鬆地將板固定在該表面上。
此外，研究人員設計、摺疊和切割圖案的方式使他們能夠調整某些機械性能，例如剛度、強度和彎曲模量，他們將這些信息以及 3D 形狀編碼到摺痕圖中，用於創建這些剪紙波紋。例如，根據摺疊的設計方式，一些單元可以被固定，以便它們在壓縮時保持其形狀，而另一些單元可以被變形，以便它們彎曲。通過這種方式，研究人員可以精確控制結構的不同區域在壓縮時如何變形。
由於結構的靈活性是可控的，這些可變形部位可用於支持機器人或其他具有移動、扭曲和彎曲部件的動態應用。
/ 模塊化
為了製造機器人等更大的結構，研究人員引入了模塊化工藝。他們批量生產更小的摺痕圖案，並將其組裝成超輕、超強的3D結構。較小的結構具有較少的摺痕，從而簡化了製造過程。
就像3D列印一樣。但與3D列印不同的是麻省理工的工藝可以為材料的性能設定限制，利用麻省理工的方法，科研人員製造出抗壓強度超過62牛頓的鋁結構，但每平方米的重量僅為90公斤。（軟木每平方米重約 100 公斤。）這種結構非常堅固，能夠承受的力是典型鋁波紋板的三倍。
這種技術可用於許多材料，例如鋼和復合材料，使其非常適合生產飛機、汽車或太空飛行器的輕型減震部件。
然而，研究人員發現他們的方法可能很難建模。因此，未來他們計劃為這些剪紙板網格結構開發用戶友好的CAD設計工具。此外，他們希望探索降低模擬設計的計算成本方法，從而更方面定製化所需的材料特性。
這項工作的部分資金由比特和原子研究聯盟中心、AAUW 國際獎學金和 GWI Fay Weber 資助。
國內方面，根據3D科學谷的市場觀察，季華實驗室開發了單胞結構、多胞結構、梯度板狀晶格結構及構建方法，據稱，該設計方法簡單，可實現性強，相較於其他梯度點陣晶格結構在施加載荷時表現出均勻穩定的塑形變形，具有優異的能量吸收能力。
此外，求解逆均勻化問題是設計微結構材料的一種強有力的方法，這其中包括基於密度的，基於等幾何分析的，基於雙向結構演化的以及水平集方法，通常需要在高性能計算中心（HPC）的算力支持下達到高效並行以減小運行時間，中國科技大學提出了一套在GPU上求解大規模逆均勻化問題的框架。該框架使用C++和CUDA程式語言編寫，通過利用統一內存和混合精度策略，減小了對GPU顯存容量的需求。由於混合精度帶來的精度損失，求解過程會出現數值問題，作者通過對矩陣零空間的處理來避免。同時也設計了合理內存布局以及核函數來提高並行效率。為了滿足用戶多樣化的設計需求，作者在該框架基礎上設計了一套自動微分功能的接口，用戶只需定義自己的插值函數和目標函數而不用再去編寫繁瑣的靈敏度分析代碼，提高了框架擴展性並減少用戶出錯的可能。
參考資料：中科大：基於單GPU的大規模微結構設計框架（含開原始碼）