키리가미는 종이 자르기 기술로, 사전 정의된 절단을 통해 2차원 평면 형상에서 목표 3차원 형상의 가변형 구조를 구성하는 다양한 방법을 제공하고 있다. 전개 시 목표 3차원 형상을 달성하기 위해, 키리가미 유닛 셀을 만드는 방법과 공간 배열에 대한 몇 가지 설계 전략들이 보고되고 있다. 그러나 전개된 키리가미 표면의 기계적 특성과 외부 하중에 대한 반응 분석이 부족하다. 특히, 목표 형상에 대해 조정 가능한 기계적 특성을 가진 키리가미 표면을 설계하는 방법은 대부분 연구되지 않았다.
본 연구에서는 목표 3차원 형상과 안정성을 유지하면서 전개된 쌍안정 키리가미 표면의 비선형 강성을 제어하는 방법을 제시하고자 한다. 먼저 다양한 쌍안정 키리가미 표면을 설계할 수 있는 전산 절차를 구축한다. 전산 절차는 주어진 3차원 표면으로 전개될 수 있는 이상화된 포인트 힌지 키리가미 모델을 평면상에 설계하여 시작된다. 힌지 너비와 표면 두께를 설계된 모델에 적용하여 해당 유한요소 모델을 생성하고, 전개 분석을 수행하여 전개된 3차원 형상을 정확하게 계산하고 외력이나 구속이 없을 때 안정성을 확인한다. 마지막으로 압입 시험을 추가로 수행하여 안정적으로 전개된 키리가미 표면의 비선형 강성을 분석한다.
본 연구에서 제시한 기법을 이용하여, 공간적으로 다양한 경첩을 통해 전개된 구조의 형상과 안정성을 유지하면서 쌍안정 키리가미 표면 강성 범위를 효율적으로 넓힐 수 있다. 더불어 다른 3차원 표면과 유닛 셀 유형을 적용하여 제시한 전산 설계의 확장을 시연하였다. 전산 절차와 결과는 3D 프린터로 제작된 키리가미 표면을 통해 실험적으로 검증하였다. 본 연구에서 제시한 기법은 형상은 동일하지만 기계적 특성을 변경할 수 있는 가변형 구조의 설계를 발전시키는 데 기여할 수 있다.