美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员受折纸艺术启发，开发出新型可折叠波导设计，该设计有望用于卫星，在发射时保持紧凑状态，于太空中展开为全尺寸工作形态。这项研究由该校格兰杰工程学院航空航天工程系的辛宁教授及其研究生团队完成。

传统卫星使用的高功率波导通常由金属管构成，其重量与刚性结构可能不适用于对重量和空间敏感的太空任务。为解决这一问题，研究团队从折纸技术中获得灵感，设计了多种柔性且轻质的波导结构概念。这些可展开波导在发射阶段可以折叠存放，进入太空后能够部署为完整形态。

“我在宾夕法尼亚州立大学的前同事斯文·比伦是电磁学专家。几年前，我给他看了一些我研究的折纸结构。他很感兴趣，问我折纸技术是否可以用于可部署的电磁波导。从那时起，我们就开始探索这个想法，”辛宁教授表示。由于常见波导为矩形截面，团队的设计目标是在展开后能保持这一形状以获得相近性能。

研究团队将最简单的可折叠矩形结构类比为纸质购物袋。以此为起点，研究生尼基尔·阿肖克和相宇硕设计了由两部分组成的结构，形成一个可折叠管体及矩形连接端口。基于此，他们开发出了更复杂的、类似风箱形状的折纸波导。辛宁教授指出，折叠过程需要技巧，但学生最终掌握了方法。

在原型制作中，团队将设计图案打印于大幅纸张上，覆以厨房铝箔后折叠成型。辛宁教授表示，若应用于实际航天器，此类结构可能采用3D打印的耐用材料，并涂覆聚酰亚胺薄膜等高性能商用材料。

团队并非随意设计，而是依据商业标准进行建模与比较。在探索了能实现90度扭转等更复杂功能的设计后，他们通过力学分析克服了模型在展开过程中可能卡住或破损的技术难题。辛宁教授解释道：“我们发现，当拉伸到折痕完全平整时，产生的力可能会将其撑破。” 团队通过计算确定了在可接受的能量损耗范围内，实现特定传输距离所需的最佳折叠单元数量。

这项最初为航天器应用而聚焦的技术，其概念也可能扩展至地面电力与通信系统的微波能量传输领域。目前，研究团队已为此项可展开波导设计提交了专利申请。

更多信息：作者：Nikhil Ashok等人，标题：《形状可变形折纸电磁波导》，发表于：《通信工程》(2025)。期刊信息：通信工程