折紙竟然可以如此高端

穆雨

除了做紙船、紙鶴、紙飛機(jī)等，折紙還能用來(lái)做什么？古人用折紙技術(shù)做出了紙扇、紙傘、紙盒……如今，一些工程師們也熱衷折紙，試圖從中為各種應(yīng)用尋找靈感。一些高科技產(chǎn)品正悄悄被“折”出來(lái)。

“綁架”深海動(dòng)物的機(jī)械手

一只小章魚正在深海中遨游，渾然不知自己已經(jīng)成為了被捕捉的目標(biāo)——一個(gè)花朵形狀的機(jī)器正在它身后悄悄跟著，突然，“花朵”旋轉(zhuǎn)折疊成一個(gè)十二面球體，將小章魚困在其中。

這個(gè)機(jī)器是研究人員設(shè)計(jì)用于抓捕深海生物的機(jī)械手，由5片3D打印的“花瓣”組成，只需一部電動(dòng)機(jī)就能收縮折疊成一個(gè)空心盒子，抓住海洋生物的同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境和生物造成傷害。它能為科學(xué)家毫發(fā)無(wú)傷地“綁架”脆弱的深海動(dòng)物用于研究。

可折疊送貨無(wú)人機(jī)

在新冠疫情較嚴(yán)重，或是道路交通狀況不佳時(shí)，你是否曾焦急等待過(guò)自己的快遞？若快遞能“飛”到家就好了。

這個(gè)以燈籠為靈感設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)能跨越地形、路況復(fù)雜的區(qū)域，帶著重達(dá)500克的包裹飛行2千米。它外部是輕巧的可折疊碳纖維籠，能保護(hù)無(wú)人機(jī)和貨物免于碰撞和墜落，收貨人可以在無(wú)人機(jī)飛行途中將其抓住，而不會(huì)受到飛機(jī)螺旋槳的傷害，當(dāng)籠子打開時(shí)，螺旋槳就會(huì)停止旋轉(zhuǎn)。碳纖維籠能在幾秒鐘內(nèi)折起來(lái)，折疊后的體積減少了92%，可被輕松裝進(jìn)背包。

月球折疊小屋

假如有一天，人類能在月球上生活，會(huì)住在一個(gè)怎樣的屋子里？月球重力低且有極端的晝夜溫差，還有時(shí)間長(zhǎng)、頻率高的“月震”，直接在月球上蓋房子很困難。

兩位建筑設(shè)計(jì)師研發(fā)了能帶去月球的折疊屋“月亮方舟”。它內(nèi)部配有基本的生活設(shè)施，外部是以折紙形式排列的碳纖維外殼，能抵御月球的惡劣環(huán)境，折疊后的體積僅有展開后的13.3%。

兩位設(shè)計(jì)師將折疊屋帶入同樣環(huán)境惡劣的格陵蘭島進(jìn)行測(cè)試，在小屋中模擬月球生活度過(guò)了60天。

折疊盾牌

警察在執(zhí)行一些危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)會(huì)帶上盾牌進(jìn)行防護(hù)，然而傳統(tǒng)警用盾牌通常重達(dá)4 0 千克， 且僅能保護(hù)一人。而利用折紙工藝設(shè)計(jì)的新式盾牌，不僅有良好的防彈能力，還輕巧、方便攜帶和移動(dòng)。

工程師將數(shù)塊硬板縫入特殊纖維中，硬板間的松動(dòng)區(qū)域形成折痕。不像傳統(tǒng)的扁平盾牌需要人手持，且只能提供正面的保護(hù)，折疊盾牌能在5秒內(nèi)展開或折疊，展開后能獨(dú)立站立，彎折的形狀也能提供側(cè)面防護(hù)，保護(hù)2～3個(gè)人，重量卻只有25千克。

充氣折疊避難所

當(dāng)自然災(zāi)害等緊急情況發(fā)生時(shí)，災(zāi)區(qū)流離失所的人們通常會(huì)搭建帳篷用以避難，然而帳篷搭建過(guò)程較繁瑣，遭遇大風(fēng)也容易被掀翻。

工程師發(fā)明了一種充氣折疊帳篷，它由許多堅(jiān)固、隔音且保溫的面板組成，有類似折紙的折痕。使用時(shí)只需用一個(gè)氣泵對(duì)其充氣，它就會(huì)快速展開成一個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小房子。待帳篷完全展開后就可卸下氣泵，馬上給另一個(gè)帳篷充氣。這樣能節(jié)省災(zāi)害避難所的搭建時(shí)間。

這種充氣折疊結(jié)構(gòu)還能用作防洪屏障、音樂廳的隔音板等。

折紙讓手術(shù)鉗變得更小

對(duì)于許多患者來(lái)說(shuō)，傷口小、恢復(fù)快的微創(chuàng)手術(shù)能減輕他們對(duì)手術(shù)的緊張和恐懼。

實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)需要專門的儀器，研究人員致力于讓儀器上的器械，如手術(shù)鉗變得更小，但其中一些零件的尺寸卻難以再縮小。

工程師發(fā)現(xiàn)，結(jié)合折紙技術(shù)能減少一些零件的使用，于是制成了直徑僅有3毫米的手術(shù)鉗。它類似用紙折成的鳥喙，不僅靈活，且造成的手術(shù)切口非常小，傷口無(wú)需醫(yī)生縫合就能自動(dòng)愈合。

折疊抓手

傳統(tǒng)機(jī)械臂的抓取鉗都很堅(jiān)硬，不適合抓取不結(jié)實(shí)的物體。這個(gè)喇叭花似的機(jī)器抓手呈圓錐狀，內(nèi)部是折紙結(jié)構(gòu)的硅膠骨架，外部覆蓋一種特殊的織物。整個(gè)抓手連接一根真空管，一旦真空管開始抽氣，硅膠骨架就會(huì)折疊，織物緊皺，物體就會(huì)被其箍住。

折疊抓手不僅能抓取比自身重120倍的物體，還能適應(yīng)各種形狀、尺寸和材質(zhì)的物體，抓取易碎品時(shí)也不會(huì)破壞它們。

從昆蟲身上得到的折紙靈感

蠼螋（qú sōu）是自然界的“折紙大師”。它們用于飛行的后翅面積比前翅要大許多，不飛時(shí)需要將后翅進(jìn)行復(fù)雜的折疊，放進(jìn)前翅里，其折疊后的面積只有展開時(shí)的1/15，且不必借助肌肉的力量，僅靠翅膀上的關(guān)節(jié)就能展開和收回翅膀，保持穩(wěn)定的飛行。

如此高效節(jié)能的方式吸引了研究人員的注意，他們以此為靈感，使用3D打印制成簡(jiǎn)化的可折疊仿生機(jī)翼，它模仿蠼螋翅膀，在展開時(shí)保持穩(wěn)定，并且通過(guò)簡(jiǎn)單輕松的推擠就能折疊。

但這個(gè)3D打印的機(jī)翼還無(wú)法完全還原蠼螋翅膀，研究人員仍在持續(xù)探索，未來(lái)有望將這項(xiàng)折疊技術(shù)運(yùn)用在折疊地圖、電子設(shè)備甚至是太空探索中。

為折紙辭去宇航局的工作

羅伯特·J·朗是一名美國(guó)物理學(xué)家，從小喜歡折紙，即便上了大學(xué)也會(huì)通過(guò)折紙緩解學(xué)習(xí)壓力。后來(lái)他在美國(guó)宇航局工作了13年，期間念念不忘折紙，一番思考后，他決定辭去工作，專心在家折紙。

別人折紙是為了玩，羅伯特折紙是為了探究其中的奧秘。他研究出了如何折出逼真的昆蟲腿部、翅膀和觸角，還利用折紙方面的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，給太空望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)了可折疊的透鏡，幫助汽車工程師解決汽車安全氣囊的折疊問題。

將科學(xué)融入折紙

你也許能折出紙飛機(jī)、紙鶴等，但你能用一張紙折出一個(gè)紙仙人掌盆栽或是其他紙動(dòng)物嗎？

羅伯特不僅自己享受折紙的樂趣，還想辦法讓其他想折紙的人更容易上手。他一邊折紙一邊用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算，總結(jié)折紙的算法規(guī)律，開發(fā)了兩款電腦折紙軟件“ Treemaker（造樹者）”和“ ReferenceFinder（參考儀）”，前者能根據(jù)你想要折的物品生成對(duì)應(yīng)的折痕圖案，后者能將折痕圖案轉(zhuǎn)化為可以跟著電腦指令操作的具體步驟。

在這兩個(gè)軟件的幫助下，折紙愛好者們能創(chuàng)作出更多生動(dòng)有趣的折紙作品。但其中的折紙圖案相對(duì)復(fù)雜，更適合有經(jīng)驗(yàn)的折紙玩家。