神奇 | 一张纸能做什么?有人用编程将折纸飞上天

一张纸能做什么?

我们可以随手把它折成纸飞机,或者千纸鹤,这些大家耳熟能详的玩具。今天奥小白这里有这样一个教程,只需要一分钟和一张纸,就能折出一只栩栩如生的仙鹤,快来动手试一试吧~

先打开一张纸

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然后顺着线折一下

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翻过来折一下

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再翻过来折一下

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最后再简单修整一番……

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仙鹤完成!!

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是不是很简单呢?

大家学会了吗?

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这么复杂的折纸操作,是怎么被发明出来的呢?

现在这种超级复杂的折纸方法已经被人公式化出来,应用数学知识和折纸原理,完全不懂折纸的新手就能在一张纸上折出前人从未折出的形状。

这个把折纸公式化出来的人物,就是今天奥小白想要和你们分享的主人公罗伯特·J·朗。

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他不仅将折纸玩出了历史新高度,还用折纸原理解决了太空难题,可谓是真正将折纸飞上了天的大牛。

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罗伯特·J·朗

他为了能够专心折纸,还辞掉了工作了13年的NASA岗位。

为什么罗伯特这么喜爱折纸?

这要从他小时候说起。

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罗伯特·J·朗出生在美国俄亥俄州的一个普通家庭。

6岁那年,他就被父母送的折纸书所吸引,照着它用纸制作出玩具。

到了10岁,他不仅将书里的模型折了个遍,还开始想办法折书上没有的东西。

中学时代,他仍疯狂迷恋折纸,幸好这完全没有影响到学业。

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罗伯特·J·朗出生在美国俄亥俄州的一个普通家庭。

6岁那年,他就被父母送的折纸书所吸引,照着它用纸制作出玩具。

到了10岁,他不仅将书里的模型折了个遍,还开始想办法折书上没有的东西。

中学时代,他仍疯狂迷恋折纸,幸好这完全没有影响到学业。

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可是他的学业却一点没有荒废,并顺利拿到博士学位

在担任博士后的期间,他十分钟爱一种叫布谷鸟的自鸣钟,并发誓要用纸折叠出一个来。

经典折纸有一个最基本的要求,就是只能使用一张纸,不许将它剪开或撕裂。这看似简单的法则,对折出形状如此复杂的钟来说,更是加大了难度。

但他毫不气馁,根据自己的经验,花了整整花了三个月时间去构思轮廓和叠法。

 在他尝试修改无数次折法之后,最后花了六个小时一口气将它折出来。

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左:罗伯特折纸作品;右:布谷鸟钟实物

这个纸布谷鸟钟无论从钟摆、松果和鹿头都看上去跟实物几乎一模一样,让他一举成名。

不过,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,尽管在折纸界小有名气,毕业后,他还是选择前往NASA求职。

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这一决定直接影响了他13年,在NASA工作期间,罗伯特陆续发表了80多篇关于物理研究的论文。

同时,他还拥有在半导体激光器、光学以及集成光电子学等领域的46项专利,并成为了美国数学学会的成员。

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NASA喷气推进实验室
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在NASA工作的13年里,他一直念念不忘他深爱的折纸爱好,这无疑让他痛苦,因为工作占据了他大量的时间。

在NASA的第13年,经过一番思考后,罗伯特决定放弃了他的事业。

对于这个决定,认识他的人几乎都不敢相信——他竟然放弃了待遇如此丰厚的工作。

罗伯特坦言道:“比起物理研究,我的人生追求是折纸,而且是利用高科技完成的折纸技术。”

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于是,他放弃工作后,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。

他将看似枯燥的数学方程式,直接运用到折纸当中。

在罗伯特的努力下,他开创了一种革命性的折纸法,称之为“圆河包装”

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这种折法,完美的解决了一直以来困扰折纸大师们的问题——如何折叠出逼真的昆虫腿部、翅膀和触角。

罗伯特的折纸法能让那些圆角的部分包入方形的部分中,无需折叠,就能模拟出逼真的外形。

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罗伯特还利用自己的数学知识,开发出了用于制作复杂折纸设计的计算机折纸程序, 被称为TreeMake,作为一款折纸软件,它主要实现了两个功能:

1、根据编入的程序和数学知识,形成各种你想折成的作品的折痕,这些折痕是作品成败的关键。

2、根据里面编入的专业折纸公理,令其在第一步的基础上计算出正确的折叠顺序。

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软件示意图

通过这个软件,运用折纸技能与计算程序,就能在无需借助任何外力的情况下,在一张纸上折出从前没有的形状。

再复杂的作品,也难不倒这个程序。

迄今为止,罗伯特已经创造了超过495个复杂的新折纸模型。

什么海龟,猛禽,1000片鳞片的响尾蛇和爆米花大小的虱子都不在他的话下。

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罗伯特的折纸作品
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在折纸领域研究出一番成就后,罗伯特就将折纸技术拿回去帮助他的老东家NASA。

NASA一直想给卫星配上太阳能板,但是想要运输太阳能板,怎么在尽可能小的体积条件下,为卫星提供超大表面面积的太阳能板,一直是个大问题。

他根据自己的经验和折纸方面的专业手艺,成功设计出了一款可以折叠的太阳能板。

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在运输的时候它能折叠成小巧的样子,展开时也能拥有很大的表面面积。同时它还能在发射的时候缠绕在卫星上,展开它也不需要宇航员的协助。

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折叠的太阳能板

除了能解决太空难题,罗伯特的折纸理论也给了很多人启发,例如:汽车安全气囊的收纳,便携机器人的生产,甚至医药领域等等。

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罗伯特在一次TED演讲中坦言道,最初我用数学做折纸,只是想做一些更好看的东西,但不经意间它反过来还能解决现实世界中的问题。

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当初罗伯特放弃NASA的工作机会,成为独立的折纸专家时,几乎所有人都不看好他的选择。

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但现在,仅仅在美国就有十几个由国家拨款的折纸工业应用研究项目,有近四十位大学折纸教授以及无数以此为专业的学生,为很多现实问题提供了解决思路。

例如,太空探索中就有一个十分重要的难题亟待解决,探索机器人体积大、灵活性不足,在太空探索的时候会有很多障碍。

2017年,NASA研究员受折纸的影响,研发出了一种体积很小却十分灵活的探索机器人。

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PUFFER的机器人

它可以小到折成巴掌大的样子,非常轻易地放入大型航天器中运载到外星球,也能在狭小或环境恶劣的地方来去自如,并执行探索任务。

这款被命名为PUFFER的机器人设计灵感正是来自于一项传统的技艺:折纸。

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PUFFER的机器人

喜欢折纸的人千千万,为什么只有罗伯特能将折纸“玩上天”?

如果说物理、数学知识打下了理论的基础,那么实现“折纸上天”的伟大构想却是来自罗伯特高超的计算机编程技术编程的神奇魅力就在于“再天马行空的想法,都能在用编程实现”,这也是为什么许多杰出的科学家都会或多或少接触编程知识的原因。

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作为折纸先驱的罗伯特,当年他只是单纯地想培养兴趣。谁曾想,在将折纸玩到极致的同时,还完成了这么多不可思议的事情。

如果没有编程,就不会有今天的罗伯特,也不会有后来这么多改变世界的发明创造。

参考文章:

SME:物理学家辞掉NASA工作玩折纸,竟被请回实验室“折卫星”

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

部分资料来源于网络

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