物理學家辭掉NASA工作玩摺紙,竟被請回實驗室“折衛星”

  有這麼一個27歲的修車小夥子,是個天文迷。

  機緣巧合下,他被介紹到天文台工作。

  原本是他實現夢想的大好機會,但親朋好友卻質疑他被騙到了傳銷組織。

  小夥子要去的雲南天文台一處

  其實,從修車小夥轉變為天文工作者也算是不錯的選擇。

  然而,就這麼一位物理學家放棄了在NASA十三年優越的工作,甘願跑去玩摺紙。

  他不僅將摺紙玩出了曆史新高度,還用摺紙原理解決了太空難題,可謂是真正將玩摺紙折上了天。

  羅伯特·J·朗出生在美國俄亥俄州的一個普通家庭裡。

  6歲那年,他就被父母送的摺紙書所吸引,照著它來用紙製作出玩具。

  到了10歲,他不僅將書裡的模型折了個遍,還開始自己想辦法折書上沒有的東西。

  中學時代,他仍對瘋狂迷戀摺紙,幸好這完全沒有影響到學業。

  他一路過關斬將考上了著名的斯坦福大學。優秀的成績讓羅伯特得以留校繼續攻讀碩博士。

  期間,他一方面要堅持摺紙練習,另一方面還要兼顧學業。

  他創作了近百件複雜而精妙的摺紙作品,比如需要數百次摺疊後才能得到有圖案的海龜。

  可是學業卻一點沒有荒廢,他順利拿到博士學位。

  在擔任博士後的期間,他十分鐘愛一種叫布谷鳥的鐘,並發誓自己要用紙摺疊出一個來。

  我們知道,經典摺紙有一個最基本的要求就是使用一張紙,不許將它剪開或撕裂

  羅伯特·J·朗

  這看似簡單的規律,對摺出形狀如此複雜的鐘來說非常難。

  但他毫不氣餒,根據自己已有的經驗,整整花了三個月的時間去構思輪廓和疊法。

  在他嘗試修改無數次折法之後,他最後一口氣花了六個小時才將它折出來。

  左:羅伯特摺紙的,右:布谷鳥鐘實物

  這個無論從鐘擺、松果和鹿頭都看上去跟實物神似的紙布谷鳥鐘讓他一舉成名。

  不過,那時對他來說,摺紙只是一個興趣愛好而已,還沒有辦法養活自己和家人。

  所以,儘管在摺紙界小有名氣,他仍前往NASA謀求到了有好收入的工作。

  之後,他成為了一名NASA噴氣推進實驗室的雷射物理學家和研究員。

  在NASA工作期間,羅伯特陸續發表了80多篇相關物理研究的論文

  同時,他擁有在半導體雷射器、光學以及整合光電子學等領域有46項專利,並成為了美國數學會的成員。

  NASA噴氣推進實驗室

  但與此同時,他也越來越深愛摺紙技藝,這無疑讓他越發痛苦。

  經過一番選擇後,在準備迎來NASA第13年之時,羅伯特放棄了他的事業。

  幾乎認識他的人都不敢相信他放棄了如此優秀的工作。

  面對錯愕人們的質疑,羅伯特坦言道:“比起物理研究,他的人生追求其實是摺紙,而且是利用高科技的摺紙。

  原來早在8世紀以來,歐洲就開始將數學上的幾何學原理應用到摺紙當中。

  但直到20世紀中葉,摺紙家們仍舊只重複摺疊早已存在的一百多種經典作品,摺紙的技術一直停滯不前。

  直到日本有一個叫吉澤章的摺紙藝術家出現,他運用新技術創作出了許多充滿創新精神的摺紙作品。

  現代摺紙之父吉澤章

  這使得摺紙的熱潮空前高漲,許多國家都成立了自己的摺紙協會。

  許多摺紙家開始運用解析抽象幾何設計,微積分等數學知識來解決摺紙當中遇到的問題。

  當然,羅伯特也不例外,他放棄工作後也開始專註將摺紙與數學聯繫在一起進行創作。

  原本覺得只有各式各樣方程式的數學很枯燥無聊,不曾想那些幾何圖案就可以直接用在摺紙之中。

  在羅伯特的努力下摺紙技藝有了新的突破,他開創了一種革命性摺紙法,稱之為“圓河包裝”。

  在此之前,關於如何摺疊出逼真的昆蟲腿部、翅膀和觸角一直困擾著摺紙大師們。

  羅伯特的摺紙法能讓那些部位圓角的部分包入方形的部分中,無需摺疊,從而類比出逼真的外形

  這令曾經摺紙大師門想破腦袋都解決不了的問題被羅伯特輕而易舉地化解。

  羅伯特還利用自己的數學知識,開發出了用於製作複雜設計的計算機摺紙程序, 被稱為TreeMake

  作為一款數學摺紙的軟體,它主要分為兩部分:首先它可以根據羅伯特編入的程序和數學知識,形成各種你想折成的作品的摺痕,這些摺痕也是作品成敗的關鍵。

  其次,羅伯特還往裡面編入了專業的摺紙公理,令其在第一步的基礎上計算出正確的摺疊順序。

  羅伯特靠著自己的摺紙技能和計算程序,能在無需藉助任何外力,就能在一張紙上折出從前沒有的形狀。

  迄今為止,羅伯特已經創造或吸引了超過495個複雜的新摺紙模型,一些需要折上數百次,有圖案的海龜,紋理羽毛的猛禽,1000磅鱗片的響尾蛇和爆米花大小的虱子。

  羅伯特摺紙的作品

  不只如此,羅伯特還真的將摺紙技術去幫助其他科學領域的發展。

  在這之前,NASA想給衛星配上太陽能板,但是想要往太空“運貨”,物品的體積和重量都有嚴格要求。

  就算太陽能電池板已經使用了一些手風琴結構的設計,使其運往太空容易一些。

  但它依舊不能夠在更小的空間內提供更大的表面面積

  太陽能板註定小不了的死穴成了宇宙難題,使研究一再陷入了困境。

  只有想方設法能把它摺疊成小巧的樣子,才能夠衝出迷障。

  NASA工作人員提出了一個方案:先將太陽能板摺疊起來,用運載工具運到太空後,再把它開啟。

  但怎麼摺疊也要費思量,又如何保證開啟後太陽板的表現不會大打折扣?他們對此一頭霧水,這時候就輪到羅伯特大顯身手。

  羅伯特根據自己的經驗和在摺紙方面的手藝,成功設計出了一款可以摺疊的太陽能板。

  它不僅運輸時候能摺疊成小巧的樣子,而且表面面積更大。

  同時它還能在發射的時候纏繞在衛星上,它的展開也不需要宇航員的協助。

  摺疊的太陽能板

  除了為解決宇宙難題,羅伯特還認為摺紙理論應用到現今的汽車安全,建築學,機器人生產,製造甚至醫藥等領域。

  在實際應用方面,他做出了很大貢獻。比如用摺紙來實現機械手的操作、血管支架的摺疊、以及裝置摺疊的汽車安全氣囊等。

  展開的太陽能板

  羅伯特在一次TED演講中坦言道,最初我用數學做摺紙,只是想做一些更好看的東西,但不經意間它可能反過來還能解決現實世界中的問題。

  當初放棄NASA成為獨立的摺紙專家之時,幾乎任何人都不看好他的選擇。

  令羅伯特做夢都不會想到的是,現在僅僅在美國就有十幾個由國家撥款的摺紙工業應用研究項目,有近四十位大學摺紙教授以及無數以此專業的學生。

  他們都相信,諸如汽車安全、太空科技、建築學、機器人技術、製造業和醫藥業等許多領域中的難題,都能在摺紙這種傳統藝術中找到解決方案。

  就比如在太空技術上,即便馬斯克成功發射了重載火箭,但將許多東西運送到太空仍非易事。

  它們往往因為體積太大靈活性不足而遭遇重重阻礙,尤其是機器人。

  不過,在2017年NASA研究員就研發出了一種體積很小但卻十分靈活的探索機器人。

  PUFFER的機器人

  它可以小到折成巴掌大的樣子,非常輕易地放入大型航天器中運載到外星球。

  與此同時,它又能在狹小或環境惡劣的空間中來去自如並執行探索任務。

  這款被命名為PUFFER的機器人,它的設計靈感也正是來自於一項傳統的技藝:摺紙。

  PUFFER的機器人

  誰也沒想到這隻是童年回憶摺紙,竟很大可能能解決工業領域的種種難題。

  作為摺紙先驅的羅伯特,當年也許只是單純地想用自己的專業解釋興趣。

  不曾想,在將摺紙玩到極致的同時,也許多完成令人不可思議的事情。

  一直以來,很多人會說玩物喪志,卻忘記了玩物亦可養志。

  關鍵在於你玩何物,用何種方式玩物了。

  *參考資料

  訪談 羅伯特·J·朗:摺紙藝術中的數學奧秘Robert lang:《Folds way new origami》.TED齊魯壹點:美國一物理學家辭掉NASA工作,專註摺紙還出了8本書

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  作者系網易新聞·網易號“各有態度”簽約作者

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BY : SME

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