古老的折纸术,帮NASA解决了大问题

  来源 | 机器人大讲堂(ID:RoboSpeak)

  作者 | 风雨抚蕖

  纸真是个好东西,既能印成钞票,也能在妙手的折叠下绽放出不一样的精彩。

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  来自美国的罗伯特·朗正是拥有这样一双妙手的天才,他将折纸、数学和工程融合在一起,为折纸创造了更为广泛的应用。

  一个不会折纸的数学家不是一个好的物理学家

  罗伯特·朗是一位美国的物理学家,也是世界上最重要的折纸艺术家和理论家之一,此外他还是美国数学学会的成员。他以其复杂而优雅的设计而闻名,最着名的是昆虫和动物。

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  他研究过折纸的数学,并用计算机来研究折纸背后的理论。他将折纸技艺应用于工程问题方面并取得了巨大进步。

  正是这样独特的知识背景,使得他能够充分的将现代的技术应用到折纸中,并创造出了折纸设计过程的算法。

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  如今罗伯特·朗早已不再满足折叠一些小动物了,他将折纸的技术引入了航天技术中。

  将“纸”折入太空

  虽然太空那么大,但是对于人类的太空探索而言面临的最大问题却是:缺乏空间,这是极具讽刺意味的。就像很多北漂那样,北京那么大却没有下榻之处。

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  毕竟,宇宙那么大,人类的航天器显得太渺小,如何将负载的质量和体积缩小是一个迫切的难题。

  罗伯特·朗与BYU的工程师合作借助折纸解决了这个问题。

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  该团队与美国宇航局的喷气推进实验室合作,设计出了一个太阳能电池阵列,可以紧密压缩发射,然后部署在太空中为空间站或卫星发电。

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  通过将折纸原理应用于刚性硅太阳能电池板——一种比传统艺术用纸厚得多的材料——BYU设想的太阳能电池板将展开其储存尺寸的近10倍。

  除了在材料的运用上,罗伯特·朗在折纸上的数学分析和算法设计,为这个项目提供了一定的理论支持,就是在一张纸张上画出一系列复杂的设计。

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  该研究小组的负责人拉里豪威尔表示:“将负载送入太空是困难且昂贵的;这会在太空中受到很大限制,但是使用折纸,你可以将其打造成紧凑型的负载,然后当航天器进入太空时,它就可以部署得很大。”小编表示这不就是擀饺子皮?

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  目前,该研究小组开发的特殊太阳能电池阵列可以紧密折叠到2.7米的直径,并展开到25米宽的全尺寸。目标是创建一个可以产生250千瓦功率的阵列。目前,国际空间站有八个太阳能电池阵列,可产生84千瓦的能量。

  当然,仅仅太阳能电池板是不能满足研究人员的想象的,他们还想将航天器的更多结构更换成类似折纸的紧凑结构。

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  远不止如此

  当然这些还不是折纸应用的全部,该小组还运用折纸原理设计了一款手术机器人,用更少的机器结构实现较复杂的功能。

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  在生物学上,该小组同样基于折纸的原理,设计了一款细胞级的机器探针,体现了折纸在微型机器结构上的应用。

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  研究人员还设计了一系列有意思的小结构。

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  锥形可展开机构的运动

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  嵌入汽缸的切比雪夫直线机构的运动

  研究人员豪威尔乐此不疲的表示“完成过去仅仅是科幻小说的事情真是太酷了,这些发现将使我们能够完成以前从未有过的事情。我们希望其他工程师在这些发现的基础上,将以有助于使世界变得更美好的方式应用它们。”

  

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