史上最牛物理學家:手握46項國家專利,捨棄千萬年薪回家摺紙

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摺紙是怎麼來的呢?

摺紙最早起源於我們隋朝時期,當年這些摺紙不過是小孩子消遣的玩具,可能應該中國地大物博,並沒有得到太多的關注。

後來到公元583年,日本來了一個叫 曇徵的佛教僧人,發現摺紙非常有意思,就將摺紙帶到了日本。摺紙這個新玩意一進入日本,就受到眾人的追捧,逐步發展成了日本的國粹,並取名為—— 摺紙藝術(Origami)。

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日本摺紙

後來,日本特地在中小學就開設了必修的摺紙課程,而且還專門成立了摺紙飛機系會, 27。9秒的紙飛機飛行時間吉尼斯世界紀錄,就是由這個協會的會長創下的。

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日本摺紙飛機大賽

而遠在太平洋彼岸的美國也把摺紙納入了幼兒園的教學大綱。

據說,美國在採用摺紙來教數學後,孩子們的數學成績平均提高了15。4個百分點呢。

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講到這裡,有模友可能會說,“ 這摺紙裡能有什麼學問啊?不就折兩下的事嘛。 ”

那隻能說太年輕了!

早在1991 年, 日裔義大利數學家藤田文章(Humiaki Huzita)就提出了摺紙幾何公理,指出所有摺紙操作都是基於這些數學公理完成的。

1。 已知A、B兩點,可以折出一條經過A、B的摺痕。

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2。 已知A、B兩點,可以把點A折到點B上去。

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3。 已知a、b兩條直線,可以把直線a折到直線b上去。

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4。 已知點A和直線a,可以沿著一條過A點的摺痕,把a折到自身上。

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5。 已知A、B兩點和直線a,可以沿著一條過B點的摺痕,把A折到a上。

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6。 已知A、B兩點和a、b兩直線,可以把A、B分別折到a、b上。

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Unbelievable!小小的摺紙用數學語言表示後,竟然有一種“嚴謹藝術”的錯覺。

把摺紙變成藝術

再說起摺紙藝術這事兒,故事要從日本摺紙之父吉澤章開始說起。

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吉澤章,創辦了國際摺紙研究會,一生髮明出超過5萬種新摺紙圖樣,被稱為“現代摺紙藝術的鼻祖。”

20世紀80年代,吉澤章和美國摺紙藝術家Sam Randlett利用 點、線和箭頭等標識,建立了一套名為 吉澤章-蘭德列特系統的國際通用摺紙語言 。

簡單來說,就是我們現在最常用的摺紙記號,比如 凹折、凸折、卷折、層折……

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吉澤章作品

摺紙同時也是一種科學思維

有人說,摺紙只是玩具而已,沒啥用途。

”美國大叔“——物理學家 羅伯特·朗,第一個表示不服 。

因為羅伯特·朗不僅將摺紙玩出了歷史新高度,甚至還用摺紙原理解決了太空難題,可謂是真正將摺紙折上了天。

真正將摺紙折上了天。

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羅伯特·朗出生於美國俄亥俄州的一個普通家庭,從小就深受父母的影響而愛上了摺紙。

10歲那年,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,甚至在中學時代都依舊迷戀摺紙,不過還好沒有影響到學業。

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他一路過關斬將考上了著名的斯坦福大學,並以優秀的成績留校繼續攻讀博士。

在讀博期間,他不僅學業有成,而且還創作了近百件複雜而精妙的摺紙作品。

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羅伯特·朗讀博期間的作品

在這眾多作品中,他最鍾愛的是一種叫布穀鳥的鐘,他整整花了三個月的時間去構思輪廓和疊法,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

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,1988年,拿到 斯坦福大學博士學位的羅伯特·朗選擇了在美國航天局NASA工作,因為在這裡他可以擁有一份不錯的收入。

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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,他擁有在半導體鐳射器、光學以及整合光電子學等領域有46項專利,並躋身為美國數學學會的成員。

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不過一心鍾愛摺紙的他,始終想把摺紙原理應用於航空航天事業上。

成為真正的摺紙極客

在準備迎來在NASA第13年之時,羅伯特放棄了他的事業,他選擇辭職在家一心研究摺紙。

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認識他的人幾乎都不敢相信他放棄瞭如此優秀的工作。

面對錯愕人們的質疑,羅伯特坦言:“ 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。”

在放棄工作後,他開始專注將摺紙與數學聯絡在一起進行創作,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。

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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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這個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。

就這樣,羅伯特輕易舉地就解決了之前一直困擾著摺紙大師們的問題: 如何摺疊出逼真的昆蟲腿部、翅膀和觸角。

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令人驚訝的是,他不僅充分的將現代的技術應用到摺紙中,還創造出了摺紙設計的演算法,並順手開發了一套用於製作複雜設計的計算機摺紙程式,名為 TreeMake。

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那麼,這套程式到底有多牛批呢?

它可以在你開始摺紙前,就幫你計算出一件作品正確的摺疊順序,並且可以形成各種你想折成的作品的摺痕。

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(軟體示意圖)

這不就正好解決了困擾NASA多時的問題了嗎: 想要往太空上運太陽能板,如何儘可能小的體積內提供足夠大的表面積太陽能板呢?

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他根據這套程式和摺紙方面的手藝,很快就設計出了一款摺疊太陽能板的demo。

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摺疊太陽能板雛形

這個太陽能板不僅運輸的時候能摺疊成小巧的樣子,而且表面面積超大。

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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等比樣本

此外,羅伯特·朗還表示: 摺紙理論其實遠遠不止於此,它還可以被廣泛運用到其他領域,比如機器人。

後來,在實際應用方面,羅伯特·朗也做出了很大貢獻,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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不過,讓羅伯特·朗沒想到的是,在2017年,NASA的研究員竟然根據他的演算法原理髮明出了一款名為Puffer小巧機器人。

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PUFFER的機器人

它可以小到折成巴掌大的樣子,非常輕易地放入航天器中運載到外星球,同時還能在狹小惡劣的空間中來去自如。

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PUFFER的機器人

誰也沒想到這原本只是童年回憶摺紙,竟很大可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。

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摺紙藝術另一新高度——動態摺紙系列

1994年,一位叫做中村開己的27歲大夥子在這套"國際通用摺紙語言"的基礎上,創立了自己的流派" Kamikara",也叫 動態摺紙系列,把摺紙藝術推向了一個新的高度。

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中村開己

而目前全網最火爆的“企鵝炸彈” 正是出於中村開己的Kamikara 摺紙之手。

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看國外網友們的反應,“企鵝炸彈”絕對稱得上是新一代撩妹神器 。

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最近,它也成功引起了中國網友們的注意。

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當然,除了各種曬照裝13,大家都在問: “企鵝炸彈”是什麼原理?到底是蘊含著有趣的力學原理?還是來自東方的神秘力量呢?

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其實這裡面的摺疊就類似於中國古人創造的黑科技—— 榫卯。

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榫卯是採用一種 凹凸結合的連線方式,凸出部分叫榫,凹進部分叫卯,透過榫和卯咬合,構成富有彈性的框架以起到連線作用。

簡單來說:它就是透過一系列的摺疊和連線,透過觸碰底部的榫,讓模型自動展開變成立體的紙模。

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而在 Kamikara 摺紙系列中,驚掉下巴的可是數不勝數:

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空手接白刃

讓你感受下什麼是愛的魔力轉圈圈~

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萬聖節盒子

下面這個活久見系列,不知道的人還以為見鬼了……

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活久見系列的殭屍多米諾骨牌

這技術,瞬間感覺自己沒有資格說玩過摺紙了。

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中村開己其他作品

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好了,為了滿足大家的動手欲,經過國內的出版社多方努力,現已經獲得版權,將他引進中國啦。 摺紙大師中村開己將“手把手”教你玩轉折紙藝術,對於手殘星人來說,這真是福音啊 。

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為了讓孩子更容易上手,出版社也花了很多心思進行改良,降低了製作過程的難度,所以我們看到的這套摺紙書,即便是孩子,或“手殘黨”都能夠輕鬆的完成!

原版圖書說明和手工部分合訂為一冊;

引進版將兩者分開,更方便製作。原版需要自己用剪刀裁剪,劃壓痕線;中文引進版增加了模切和壓線工藝,這樣不僅節省了時間,降低了難度,製作出的成果也更精緻美觀,效果更好。

這部分的改良,在生產過程中增加了不少的難度,所有的版都是靠這樣一點一點拼、一點一點貼完成的,整體出來了後面還要為細節進行調整,很不容易。

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原版只有橡皮筋;中國引進版除了橡皮筋還贈送了鑷子、白乳膠。這次附送了三種橡皮圈,兩種大皮圈+一種小皮圈,不同的皮圈,紙玩具的彈跳效果完全不同。

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一共十八個,絕對玩到超爽。

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每一個人都獨具特色,各有巧思。

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日本消費水平高,要賣二百多,你如果海淘,可能要花三百,但現在引進後,出版社定價只需128,另外參團更便宜,只要99元,包郵到家。

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無論是給自己孩子玩,還是送人作禮物,都特別有創意,有心意。

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小小的動態摺紙包含著大大的經典數學物理知識: 齒輪、作用力、彈力……對培養孩子動手和數學思維都有非常大的幫助。擁有這套動態摺紙玩具套裝,說不定哪天您孩子也能成為第二個”物理學家 羅伯特·朗“呢。

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