折纸里包藏的远不止艺术，NASA物理学家辞职醉心折纸，竟解决了太空机器人难题！

折纸里包藏的远不止艺术，NASA物理学家辞职醉心折纸，竟解决了太空机器人难题！

纸张里的不止艺术

有这么一个27岁的修车小伙子，是个天文迷。

机缘巧合下，他被介绍到天文台工作。

原本是他实现梦想的大好机会，但亲朋好友却质疑他被骗到了传销组织。

小伙子要去的云南天文台一处

其实，从修车小伙转变为天文工作者也算是不错的选择。

然而，就这么一位物理学家放弃了在NASA十三年优越的工作，甘愿跑去玩折纸。

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，可谓是真正将玩折纸折上了天。

他就是我们今天文章的主人公——罗伯特·J·朗。

罗伯特·J·朗

在之前的文章中，我们也介绍过一些他的作品。

罗伯特·J·朗出生在美国俄亥俄州的一个普通家庭里。

6岁那年，他就被父母送的折纸书所吸引，照着它来用纸制作出玩具。

到了10岁，他不仅将书里的模型折了个遍，还开始自己想办法折书上没有的东西。

中学时代，他仍对疯狂迷恋折纸，幸好这完全没有影响到学业。

他一路过关斩将考上了著名的斯坦福大学。优秀的成绩让罗伯特得以留校继续攻读硕博士。

期间，他一方面要坚持折纸练习，另一方面还要兼顾学业。

他创作了近百件复杂而精妙的折纸作品，比如需要数百次折叠后才能得到有图案的海龟。

可是学业却一点没有荒废，他顺利拿到博士学位。

在担任博士后的期间，他十分钟爱一种叫布谷鸟的钟，并发誓自己要用纸折叠出一个来。

我们知道，经典折纸有一个最基本的要求就是使用一张纸，不许将它剪开或撕裂。

这看似简单的规律，对折出形状如此复杂的钟来说非常难。

但他毫不气馁，根据自己已有的经验，整整花了三个月的时间去构思轮廓和叠法。

在他尝试修改无数次折法之后，他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

这个无论从钟摆、松果和鹿头都看上去跟实物神似的纸布谷鸟钟让他一举成名。

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，尽管在折纸界小有名气，他仍前往NASA谋求到了有好收入的工作。

之后，他成为了一名NASA喷气推进实验室的激光物理学家和研究员。

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，并成为了美国数学学会的成员。

NASA喷气推进实验室

但与此同时，他也越来越深爱折纸技艺，这无疑让他越发痛苦。

经过一番选择后，在准备迎来在NASA第13年之时，罗伯特放弃了他的事业。

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，罗伯特坦言道：“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。”

原来早在8世纪以来，欧洲就开始将数学上的几何学原理应用到折纸当中。

但直到20世纪中叶，折纸家们仍旧只重复折叠早已存在的一百多种经典作品，折纸的技术一直停滞不前。

直到日本有一个叫吉泽章的折纸艺术家出现，他运用新技术创作出了许多充满创新精神的折纸作品。

现代折纸之父吉泽章

这使得折纸的热潮空前高涨，许多国家都成立了自己的折纸协会。

许多折纸家开始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。

当然，罗伯特也不例外，他放弃工作后也开始专注将折纸与数学联系在一起进行创作。

原本觉得只有各式各样方程式的数学很枯燥无聊，不曾想那些几何图案就可以直接用在折纸之中。

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”。

在此之前，关于如何折叠出逼真的昆虫腿部、翅膀和触角一直困扰着折纸大师们。

罗伯特的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。

这令曾经折纸大师们想破脑袋都解决不了的问题被罗伯特轻而易举地化解。

罗伯特还利用自己的数学知识，开发出了用于制作复杂设计的计算机折纸程序， 被称为TreeMake。

作为一款数学折纸的软件，它主要分为两部分：首先它可以根据罗伯特编入的程序和数学知识，形成各种你想折成的作品的折痕，这些折痕也是作品成败的关键。

其次，罗伯特还往里面编入了专业的折纸公理，令其在第一步的基础上计算出正确的折叠顺序。

罗伯特靠着自己的折纸技能和计算程序，能在无需借助任何外力，就能在一张纸上折出从前没有的形状。

迄今为止，罗伯特已经创造了超过495个复杂的新折纸模型，一些需要折上数百次，有图案的海龟，纹理羽毛的猛禽，1000磅鳞片的响尾蛇和爆米花大小的虱子。

罗伯特折纸的作品

不只如此，罗伯特还真的将折纸技术去帮助其他科学领域的发展。

在这之前，NASA想给卫星配上太阳能板，但是想要往太空“运货”，物品的体积和重量都有严格要求。

就算太阳能电池板已经使用了一些手风琴结构的设计，使其运往太空容易一些。

但它依旧不能够在更小的空间内提供更大的表面面积。

太阳能板注定小不了的死穴成了宇宙难题，使研究一再陷入了困境。

只有想方设法能把它折叠成小巧的样子，才能够冲出迷障。

NASA工作人员提出了一个方案：先将太阳能板折叠起来，用运载工具运到太空后，再把它打开。

但怎么折叠也要费思量，又如何保证打开后太阳板的表现不会大打折扣？他们对此一头雾水，这时候就轮到罗伯特大显身手。

罗伯特根据自己的经验和在折纸方面的手艺，成功设计出了一款可以折叠的太阳能板。

它不仅运输时候能折叠成小巧的样子，而且表面面积更大。

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。

折叠的太阳能板

除了为解决宇宙难题，罗伯特还认为折纸理论应用到现今的汽车安全，建筑学，机器人生产，制造甚至医药等领域。

在实际应用方面，他做出了很大贡献。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。

展开的太阳能板

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，但不经意间它可能反过来还能解决现实世界中的问题。

当初放弃NASA成为独立的折纸专家之时，几乎任何人都不看好他的选择。

令罗伯特做梦都不会想到的是，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专业的学生。

他们都相信，诸如汽车安全、太空科技、建筑学、机器人技术、制造业和医药业等许多领域中的难题，都能在折纸这种传统艺术中找到解决方案。

就比如在太空技术上，即便马斯克成功发射了重载火箭，但将许多东西运送到太空仍非易事。

它们往往因为体积太大灵活性不足而遭遇重重阻碍，尤其是机器人。

不过，在2017年NASA研究员就研发出了一种体积很小但却十分灵活的探索机器人。

PUFFER的机器人

它可以小到折成巴掌大的样子，非常轻易地放入大型航天器中运载到外星球。

与此同时，它又能在狭小或环境恶劣的空间中来去自如并执行探索任务。

这款被命名为PUFFER的机器人，它的设计灵感也正是来自于一项传统的技艺：折纸。

PUFFER的机器人

谁也没想到这只是童年回忆折纸，竟很大可能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。