折纸与科学

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  折纸,历史悠久,在世界范围内盛行。至今,大部分人都认为,它是一项没有门槛的娱乐活动。如果我告泝你,折纸与科学紧密相关,你相信吗?
  这个中国人用折纸打破了吉尼斯世界纪录
  在中国,有一位把折纸玩出数学范儿的年轻人——刘通。他先后获得4项吉尼斯世界纪录,是《吉尼斯世界纪录大全2019》这本书中唯一的拥有整整两页介绍内容的中国人。
  几年前,一次偶然的机会,刘通了解到非洲最后一头雄性北部白犀牛“苏丹”的故事。为了让更多人知道这个古老的物种落到了功能性滅绝的地步,他带领团队用一张196平方米的正方形纸折成了长7.833米、高4.064米的世界上最大的折纸白犀牛,送去世界各地展览。这是他的第一件获得吉尼斯世界纪录的作品。
  之后,刘通还创作了世界上最大的折纸鸽子、折纸豹、折纸鲸鱼。
  折纸与数学密不可分
  从做小型折纸作品到做大型作品,创作难度是呈指数级增长的,创作者不仅会遇到大型纸张购买难度大和巨额成本的问题,而且会面临从设计到折叠过程的一系列难题。比如,一张面积196平方米、重达100千克的纸,被折叠时要十几个人在正确的时间做正确的动作,否则会出现误差,影响后续一系列步骤。
  每一个新折纸造型都有一张对应的设计图,即折痕图。折痕,就是纸张被折叠以后留下的痕迹。设计图上主要有两种线:一种叫峰线,代表折痕凸起来的地方;另一种叫谷线,代表折痕凹下去的地方。不管多复杂的设计图,都是由这两种线组成的。
  折纸艺术家如何设计这些线呢?这与精密计算密切相关。每一步,都需要科学数据支撑;每一件作品,无不经过严谨又繁复的计算。因为必须经过科学的计算、合理的布局,艺术家才能把二维的设计图“变成”比例协调、结构稳定的三维作品。设计图上的差之毫厘,都有可能导致折纸作品的失之千里。
  数学与折纸的关系值得探索
  很多数学家的研究都表明,折痕具有数学性质,数学可以帮助折纸艺术家发现设计图中潜在的规律。目前,设计图创作公认的重要规律是,从线与线的交点入手,每个交点必须同时满足两个条件。
  一、每个交点周围都有峰线和谷线,其峰谷之差必须等于2;
  二、每个交点周围的角必须按顺时针方向标识,而且奇数角之和=偶数角之和=180度。
  设计图上所有的点满足了上述全部条件,才能保证作品没有任何结构性错误。
  折纸艺术家、曾供职于美国国家航空航天局的物理学家罗伯特·朗开发了名为Tree Maker和Reference Finder的软件,前者可以用于折痕的计算验证,后者可以帮助设计师找出纸张内部的折叠关键点位置。
  折纸艺术的拓展
  现代折纸是一项非常值得探索、非常有趣的技艺,关于它的科学研究已经受到人们的重视。科学的加入,使折纸有无限的可能性、更强的生命力。从理论上讲,折纸艺术家能折出任何作品,因为每一次折叠都可以被计算。
  而且,折纸技术具有巨大的应用价值,可以应用在航空航天、工业设计、建筑、医疗等领域内。
  航天科学家要将一个橄榄球场那么大的望远镜镜片送入太空,目前唯一的办法是把大镜片折叠后发射。最终,他们在折纸艺术家的帮助下,将镜片完美地折叠。
  汽车安全气囊的安装也依靠科学折叠。设计师同样遇到了怎么把大薄片塞进小空间的难题,用多种程序研究如何把安全气囊折叠得更好,最后从折纸艺术家折昆虫的设计图中得到了启发。
  折纸结构建筑很稳固,内部空间非常大,会让进入建筑的人有强烈的空间感和光线感,让他们感到很舒适。
  …………
  怎么样,通过我的介绍,你是不是对折纸产生了兴趣?其实,折纸的灵感无处不在,自然界中也存在各种各样的折叠现象,如昆虫翅膀的折叠、植物叶片的折叠等。无论是观察自然还是进行科学研究,都有助于我们培养折纸思维哟!
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