物理学家辞掉NASA工作玩折纸,竟被请回实验

Date: 
Saturday, March 10, 2018
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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。

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,一步步用纸照着它来折出玩具。

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。

罗伯特·J·朗

这简单的要求,让形状本就复杂的钟变得更加难折。

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、松果和鹿头看上去,都跟实物神似的纸布谷鸟钟让他一举成名。

不过,对那时的他来说,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共46项专利,并成为了美国数学会的成员。

NASA喷气推进实验室

但与此同时,他仍然深爱折纸技艺,这让他越发越来痛苦。

经过一番选择后,在迎来在NASA工作的第13年之前,罗伯特放弃了他的事业。

几乎所有认识他的人都不敢相信他竟要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。

这令无数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,罗伯特已经创造或吸引了超过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、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,也完成许多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。