银河亚洲首页|史上最牛批物理学家:手握46项国家专利,却辞掉NASA工作折卫星

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[导读]日本折纸飞机大赛而远在太平洋彼岸的美国也把折纸纳入了幼儿园的教学大纲。吉泽章,创办了国际折纸研究会,一生发明出超过5万种新折纸图样,被称为"现代折纸艺术的鼻祖。中村开己而目前全网最火爆的“企鹅炸弹” 正是出于中村开己的kamikara 折纸之手。最近,它也成功引起了中国网友们的注意。

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银河亚洲首页,纸张里的

数学与大艺术

作为一个充满艺术细菌的十八线网红,超模君今天要来讲一门“严谨的艺术”。

折纸是怎么来的呢?

折纸最早起源于我们隋朝时期,当年这些折纸不过是小孩子消遣的玩具,可能应该中国地大物博,并没有得到太多的关注。

后来到公元583年,日本来了一个叫昙征的佛教僧人,发现折纸非常有意思,就将折纸带到了日本。折纸这个新玩意一进入日本,就受到众人的追捧,逐步发展成了日本的国粹,并取名为——折纸艺术(origami)。

日本折纸

后来,日本特地在中小学就开设了必修的折纸课程,而且还专门成立了折纸飞机系会,27.9秒的纸飞机飞行时间吉尼斯世界纪录,就是由这个协会的会长创下的。

日本折纸飞机大赛

而远在太平洋彼岸的美国也把折纸纳入了幼儿园的教学大纲。

wtf!据说,美国在采用折纸来教数学后,孩子们的数学成绩平均提高了15.4个百分点呢。

讲到这里,有模友可能会说,“这折纸里能有什么学问啊?不就折两下的事嘛。”

那只能说太年轻了!

早在1991 年,日裔意大利数学家藤田文章(humiaki huzita) 就提出了折纸几何公理,指出所有折纸操作都是基于这些数学公理完成的。

1. 已知a、b两点,可以折出一条经过a、b的折痕。

2. 已知a、b两点,可以把点a折到点b上去。

3. 已知a、b两条直线,可以把直线a折到直线b上去。

4. 已知点a和直线a,可以沿着一条过a点的折痕,把a折到自身上。

5. 已知a、b两点和直线a,可以沿着一条过b点的折痕,把a折到a上。

6. 已知a、b两点和a、b两直线,可以把a、b分别折到a、b上。

unbelievable!小小的折纸用数学语言表示后,竟然有一种“严谨艺术”的错觉。

把折纸变成艺术

再说起折纸艺术这事儿,故事要从日本折纸之父吉泽章开始说起。

吉泽章,创办了国际折纸研究会,一生发明出超过5万种新折纸图样,被称为"现代折纸艺术的鼻祖。"

20世纪80年代,吉泽章和美国折纸艺术家sam randlett利用点、线和箭头等标识,建立了一套名为吉泽章-兰德列特系统的国际通用折纸语言。

简单来说,就是我们现在最常用的折纸记号,比如凹折、凸折、卷折、层折......

吉泽章作品

1994年,一位叫做中村开己的27岁大伙子在这套"国际通用折纸语言"的基础上,创立了自己的流派"kamikara",也叫动态折纸系列,把折纸艺术推向了一个新的高度。

中村开己

而目前全网最火爆的“企鹅炸弹” 正是出于中村开己的kamikara 折纸之手。

看国外网友们的反应,“企鹅炸弹”绝对称得上是新一代撩妹神器。

最近,它也成功引起了中国网友们的注意。

当然,除了各种晒照装13,大家都在问:“企鹅炸弹”是什么原理?到底是蕴含着有趣的力学原理?还是来自东方的神秘力量呢?

其实这里面的折叠就类似于中国古人创造的黑科技——榫卯。

榫卯是采用一种凹凸结合的连接方式,凸出部分叫榫,凹进部分叫卯,通过榫和卯咬合,构成富有弹性的框架以起到连接作用。

简单来说:它就是透过一系列的折叠和连接,通过触碰底部的榫,让模型自动展开变成立体的纸模。

而在 kamikara 折纸系列中,惊掉下巴的可是数不胜数:

空手接白刃

让你感受下什么是爱的魔力转圈圈~

万圣节盒子

下面这个活久见系列,不知道的人还以为见鬼了......

活久见系列的僵尸多米诺骨牌

这技术,瞬间感觉自己没有资格说玩过折纸了。

不过,为了满足大家的动手欲,折纸大师中村开己决定手把手教大家玩折纸,甚至可以说这是手残星人的福音:

点击图片即可直接购买这套惊掉下巴的动态纸玩具

在这些小小的折纸中,甚至还能找到许多经典的数学物理知识:齿轮、作用力、弹力......

当然,这些同样也引起了科学家们的注意......

折纸是一种科学思维

有人说,折纸只是玩具而已,没啥用途。

”美国大叔“——物理学家罗伯特·朗,第一个表示不服。

因为罗伯特·朗不仅将折纸玩出了历史新高度,甚至还用折纸原理解决了太空难题,可谓是真正将折纸折上了天。

罗伯特·朗出生于美国俄亥俄州的一个普通家庭,从小就深受父母的影响而爱上了折纸。

10岁那年,他不仅将书里的模型折了个遍,还开始自己想办法折书上没有的东西,甚至在中学时代都依旧迷恋折纸,不过还好没有影响到学业。

他一路过关斩将考上了著名的斯坦福大学,并以优秀的成绩留校继续攻读博士。

在读博期间,他不仅学业有成,而且还创作了近百件复杂而精妙的折纸作品。

罗伯特·朗读博期间的作品

在这众多作品中,他最钟爱的是一种叫布谷鸟的钟,他整整花了三个月的时间去构思轮廓和叠法,最后一口气花了六个小时才将它折出来。

左:罗伯特折纸的,右:布谷鸟钟实物

不过,那时对他来说,折纸只是一个兴趣爱好而已,还没有办法养活自己和家人。

所以,1988年,拿到斯坦福大学博士学位的罗伯特·朗选择了在美国航天局nasa工作,因为在这里他可以拥有一份不错的收入。

在nasa工作期间,罗伯特陆续发表了80多篇相关物理研究的论文。

同时,他拥有在半导体激光器、光学以及集成光电子学等领域有46项专利,并跻身为美国数学学会的成员。

不过一心钟爱折纸的他,始终想把折纸原理应用于航空航天事业上。

成为真正的折纸极客

在准备迎来在nasa第13年之时,罗伯特放弃了他的事业,他选择辞职在家一心研究折纸。

认识他的人几乎都不敢相信他放弃了如此优秀的工作。

面对错愕人们的质疑,罗伯特坦言:"比起物理研究,他的人生追求其实是折纸,而且是利用高科技的折纸。"

在放弃工作后,他开始专注将折纸与数学联系在一起进行创作,运用解析抽象几何设计,微积分等数学知识来解决折纸当中遇到的问题。

在罗伯特的努力下,折纸技艺有了新的突破,他开创了一种革命性折纸法,称之为“圆河包装”。

这个折纸法能让那些部位圆角的部分包入方形的部分中,无需折叠,从而模拟出逼真的外形。

就这样,罗伯特轻易举地就解决了之前一直困扰着折纸大师们的问题:如何折叠出逼真的昆虫腿部、翅膀和触角。

令人惊讶的是,他不仅充分的将现代的技术应用到折纸中,还创造出了折纸设计的算法,并顺手开发了一套用于制作复杂设计的计算机折纸程序,名为treemake。

那么,这套程序到底有多牛批呢?

它可以在你开始折纸前,就帮你计算出一件作品正确的折叠顺序,并且可以形成各种你想折成的作品的折痕。

(软件示意图)

这不就正好解决了困扰nasa多时的问题了吗:想要往太空上运太阳能板,如何尽可能小的体积内提供足够大的表面积太阳能板呢?

他根据这套程序和折纸方面的手艺,很快就设计出了一款折叠太阳能板的demo。

折叠太阳能板雏形

这个太阳能板不仅运输的时候能折叠成小巧的样子,而且表面面积超大。

同时它还能在发射的时候缠绕在卫星上,它的展开也不需要宇航员的协助!

等比样本

此外,罗伯特·朗还表示:折纸理论其实远远不止于此,它还可以被广泛运用到其他领域,比如机器人。

后来,在实际应用方面,罗伯特·朗也做出了很大贡献,比如用折纸来实现机械手的操作、血管支架的折叠、以及装置折叠的汽车安全气囊等。

不过,让罗伯特·朗没想到的是,在2017年,nasa的研究员竟然根据他的算法原理发明出了一款名为puffer小巧机器人。

puffer的机器人

它可以小到折成巴掌大的样子,非常轻易地放入航天器中运载到外星球,同时还能在狭小恶劣的空间中来去自如。

puffer的机器人

谁也没想到这原本只是童年回忆折纸,竟很大可能解决工业领域的种种难题。

作为折纸先驱的罗伯特,当年也许只是单纯地想用自己的专业解释兴趣。

不曾想,在将折纸玩到极致的同时,也许多完成令人不可思议的事情。

一直以来,很多人会说玩物丧志,却忘记了玩物亦可养志。

关键在于你玩何物,用何种方式玩物了。

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