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物理學家羅伯特·J·朗:用折紙原理解決太空難題,將玩折紙折上了天

更新時間:2024-11-21 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

物理學家歷史IG6物理好資源網(原物理ok網)

你能相信有這樣一位物理學家,放棄了在NASA工作了13年的特權工作,愿意玩折紙嗎?他不僅將折紙推向了歷史的新高度,還利用折紙原理解決了空間問題。可以說,他真正把折紙帶到了天空。IG6物理好資源網(原物理ok網)

羅伯特·J·朗出生于美國俄亥俄州的一個普通家庭。 6歲時,他被父母給的折紙書所吸引,并按照它用紙制作了玩具。 10歲時,他不僅折疊了書中所有的模型,還開始想辦法折疊書中沒有的東西。IG6物理好資源網(原物理ok網)

中學時,他依然癡迷于折紙,幸好這絲毫沒有影響他的學習。他一路過關斬將,考入了著名的斯坦福大學。優異的成績讓羅伯特得以留在學校繼續攻讀碩士和博士學位。這期間,他一方面要堅持練習折紙,另一方面也要兼顧學業。IG6物理好資源網(原物理ok網)

他創作了近百幅復雜精美的折紙作品,比如一只需要數百次折疊的烏龜圖案。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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不過他的學業并沒有白費,順利拿到了博士學位。IG6物理好資源網(原物理ok網)

在擔任博士后期間,他愛上了一個叫布谷鳥的時鐘,并發誓要用紙折一個。IG6物理好資源網(原物理ok網)

我們知道,經典折紙有一個最基本的要求,就是用一張紙,不能剪或撕。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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羅伯特·J·朗IG6物理好資源網(原物理ok網)

這個看似簡單的規則,要折疊形狀如此復雜的鐘表卻是非常困難的。但他并沒有灰心。他根據自己的經驗,花了三個月的時間構思輪廓和堆疊方法。在他無數次嘗試修改折疊方法后,他用了六個小時才用最后一口氣將其折疊出來。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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左:羅伯特的折紙,右:真正的布谷鳥鐘IG6物理好資源網(原物理ok網)

這只紙布谷鳥鐘,從擺錘、松果、鹿頭看都與真品一模一樣,讓他一舉成名。然而,當時折紙對他來說只是一種愛好,他沒有辦法養活自己和家人。于是,盡管在折紙界小有名氣,他還是去NASA尋找一份高薪工作。后來他成為美國宇航局噴氣推進實驗室的激光物理學家和研究員。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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在 NASA 工作期間,羅伯特發表了 80 多篇相關物理研究論文。同時,他在半導體激光器、光學和集成光電子學領域擁有46項專利,并成為美國數學會會員。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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美國宇航局噴氣推進實驗室IG6物理好資源網(原物理ok網)

但與此同時,他也越來越愛上了折紙網校頭條,這無疑讓他更加痛苦。經過一番選擇,羅伯特放棄了自己的職業生涯,準備迎來自己在 NASA 的第 13 個年頭。IG6物理好資源網(原物理ok網)

幾乎所有認識他的人都不敢相信他放棄了這么好的工作。面對震驚之人的質疑,羅伯特坦言:“相比于物理研究物理學家歷史,他的人生追求其實就是折紙,而且是運用了高科技的折紙。”IG6物理好資源網(原物理ok網)

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原來,早在8世紀,歐洲就開始將數學幾何原理應用到折紙上。但直到20世紀中葉,折紙藝術家仍然只是反復折疊了百余件已經存在的經典作品,折紙技術仍然停滯不前。IG6物理好資源網(原物理ok網)

直到一位名叫吉澤彰的日本折紙藝術家出現。他利用新技術創作出許多創新的折紙作品。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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現代折紙之父吉澤晃IG6物理好資源網(原物理ok網)

這使得折紙熱潮空前高漲,許多國家都成立了自己的折紙協會。許多折紙藝術家開始運用分析抽象幾何設計、微積分等數學知識來解決折紙中遇到的問題。當然,羅伯特也不例外。放棄工作后,他也開始專注于折紙與數學的創作。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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本來以為各種方程的數學很無聊物理學家歷史,沒想到那些幾何圖案可以直接用在折紙上。IG6物理好資源網(原物理ok網)

在羅伯特的努力下,折紙技藝有了新的突破。他創造了一種革命性的折紙方法,名為“元和包裝”。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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迄今為止,折紙大師一直困惑如何折出栩栩如生的昆蟲腿、翅膀和觸手。羅伯特的折紙方法可以將那些帶有圓角的部分包裹成方形部分而不需要折疊,從而模擬出真實的形狀。這讓羅伯特輕松解決了一個曾經折紙大師無法解決的問題。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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羅伯特還利用他的數學知識開發了一種用于制作復雜設計的計算機折紙程序,稱為折紙。IG6物理好資源網(原物理ok網)

作為一款數學折紙軟件,它主要分為兩部分:第一,它可以根據編寫的程序和數學知識,為你想要折疊的作品形成各種折痕。這些折痕也是作品成敗的關鍵。其次,羅伯特還將專業的折紙公理融入其中,讓他能夠根據第一步計算出正確的折疊順序。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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依靠他的折紙技巧和計算程序,羅伯特能夠在沒有任何外力的情況下在一張紙上折疊出以前未知的形狀。IG6物理好資源網(原物理ok網)

迄今為止,羅伯特已經創作或繪制了超過 495 個復雜的新折紙模型,其中一些模型需要折疊數百次,其中包括圖案化的海龜、有紋理羽毛的猛禽、1,000 磅重的有鱗響尾蛇和爆米花大小的虱子。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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羅伯特·折紙的作品IG6物理好資源網(原物理ok網)

不僅如此,羅伯特還真正利用折紙技術幫助其他科學領域的發展。IG6物理好資源網(原物理ok網)

在此之前,NASA想要給衛星配備太陽能電池板,但如果想要將貨物“運輸”到太空,對物品的體積和重量都有嚴格的要求。甚至太陽能電池板也已經使用了一些手風琴結構設計,以使其更容易運輸到太空。但它仍然無法在較小的空間內提供更大的表面積。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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太陽能電池板的致命弱點已經成為一個宇宙性問題,導致研究一次又一次陷入困境。只有想辦法把它折疊成緊湊的形狀,才能擺脫混亂。 NASA工作人員想出了一個方案:先將太陽能電池板折疊起來,用飛行器運送到太空,然后再打開。IG6物理好資源網(原物理ok網)

但如何折疊卻需要費一番心思,而且如何保證打開后太陽能電池板的性能不會受到很大影響?他們對此感到困惑,現在輪到羅伯特大顯身手了。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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羅伯特憑借自己在折紙方面的經驗和技巧,成功設計了可折疊的太陽能電池板。不僅可以折疊成緊湊的形狀便于運輸,而且還具有更大的表面積。同時,它還可以在發射時環繞衛星,其部署不需要宇航員的協助。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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可折疊太陽能電池板IG6物理好資源網(原物理ok網)

除了解決宇宙問題之外,羅伯特還認為折紙理論可以應用于當今的汽車安全、建筑、機器人生產、制造甚至醫學等領域。IG6物理好資源網(原物理ok網)

在實際應用方面,他做出了巨大的貢獻。例如,折紙用于操作機器人、折疊血管支架、安裝折疊汽車安全氣囊等。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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展開的太陽能電池板IG6物理好資源網(原物理ok網)

羅伯特在 TED 演講中承認,一開始我用數學來制作折紙,只是為了讓東西變得更好看,但不經意間它可能反過來解決現實世界中的問題。IG6物理好資源網(原物理ok網)

當他放棄NASA,成為一名獨立折紙專家時,幾乎沒有人看好他的選擇。IG6物理好資源網(原物理ok網)

羅伯特做夢也沒想到的是,僅在美國,現在就有十多個國家資助的折紙行業應用研究項目、近四十位大學折紙教授和無數這個專業的學生。IG6物理好資源網(原物理ok網)

他們都相信,汽車安全、空間技術、建筑、機器人、制造和醫學等領域的難題可以在傳統折紙藝術中找到解決方案。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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例如,在太空技術方面,即使馬斯克成功發射了重載火箭,但將很多東西運送到太空仍然不容易。由于體積大且缺乏靈活性,它們經常遇到障礙,尤其是機器人。然而,2017年,NASA研究人員開發出了一款小型但非常靈活的探索機器人。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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機器人IG6物理好資源網(原物理ok網)

它可以折疊成巴掌大小,可以輕松放入大型飛船中攜帶到其他星球。同時,它可以在狹小或惡劣的空間內自由移動,執行探索任務。這款名為機器人的設計靈感來自于一種傳統技藝:折紙。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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誰也沒有想到,這只是折紙的童年記憶,卻有可能解決工業領域的各種問題。IG6物理好資源網(原物理ok網)

作為折紙的先驅,羅伯特可能只是想用他的專業知識來解釋他的興趣。我沒想到,在把折紙玩到極致的同時,我可能會完成更多不可思議的事情。IG6物理好資源網(原物理ok網)

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長期以來,很多人都說玩物可以消磨人的志向,卻忘記了玩物也可以滋養人的志向。關鍵在于你玩什么以及如何玩。IG6物理好資源網(原物理ok網)

*參考IG6物理好資源網(原物理ok網)

采訪羅伯特·J·朗:折紙藝術中的數學奧秘郎:“折疊方式新”。 TED齊魯One Point:美國物理學家辭去NASA工作,專注于折紙,出版了8本書IG6物理好資源網(原物理ok網)

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