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,他被介紹到天文臺工作。

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。

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小夥子要去的雲南天文臺一處

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歷史新高度,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。

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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,一步步用紙照著它來折出玩具。

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,他仍瘋狂迷戀摺紙,幸好這完全沒有影響到學業。

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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……

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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穀鳥的鐘,併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。

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羅伯特·J·朗

這簡單的要求,讓形狀本就複雜的鐘變得更加難折。

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。

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左:羅伯特摺紙的,右:布穀鳥鐘實物

這個無論從鐘擺、松果和鹿頭看上去,都跟實物神似的紙布穀鳥鐘讓他一舉成名。

不過,對那時的他來說,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。

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之後,他成為了一名NASA噴氣推進實驗室的激光物理學家和研究員。

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,他擁有在半導體激光器、光學以及集成光電子學等領域共46項專利,併成為了美國數學會的成員。

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NASA噴氣推進實驗室

但與此同時,他仍然深愛摺紙技藝,這讓他越發越來痛苦。

經過一番選擇後,在迎來在NASA工作的第13年之前,羅伯特放棄了他的事業。

幾乎所有認識他的人都不敢相信他竟要放棄瞭如此優秀的工作。

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。”

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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。

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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注將摺紙與數學聯繫在一起進行創作。

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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”。

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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,從而模擬出逼真的外形。

這令無數摺紙大師們想破腦袋都解決不了的問題,被羅伯特輕而易舉地化解。

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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件,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。

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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、爆米花大小的蝨子……

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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。

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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,再把它打開。

但怎麼摺疊也要費思量,又如何保證打開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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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PUFFER的機器人

誰也沒想到這只是童年回憶摺紙,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,也完成許多令人不可思議的事情。

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一直以來,很多人會說玩物喪志,卻忘記了玩物亦可養志。


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