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央视评“折纸男生上哈工大” ——折纸与何专业有内在契合

    今年19岁的孙洪涛,是山东省实验中学毕业生。在2017年度哈尔滨工业大学(威海)自主招生的现场答辩环节,他展示了折纸“神技”,拿到了该校降低60分录取的资格。 


    有人质疑折纸不是能力,或者够不上自主招生的条件。但在事实上,折纸没有想象的那么简单。
    孙洪涛自主招生考试中报考的是机械设计制造及其自动化专业,在他看来,折纸看似简单,其实蕴含着复杂的数学空间结构原理,与他报考的机械专业有内在的契合,都是通过对结构的巧妙利用来达到最优的目的。
    孙洪涛:“考官看到我的作品都很赞叹,而且他们更欣赏我对折纸原理的阐述,我也希望能在今后的学习中,将折纸和我的专业更有机的结合起来。”
    而一个折纸模型,短的需要花费4个小时左右,长的在6个小时以上,需要“耐得寂寞”;就说折纸过程中,也需要大量的智力付出,涉及到很多数学和空间结构原理。正如孙洪涛介绍的,一种“三浦折叠法”,节省空间,又可避免损耗,在太阳能电池板人造卫星等方面都有应用价值。
    (详见:http://news.sina.com.cn/c/2017-07-16/doc-ifyiaewh9262784.shtml)

折纸与数学

    折纸几何学,又称作折纸数理学,指的是对折纸艺术从数学的角度加以研究。例如,研究某个特定的纸模型的可展性以及使用折纸来解数学方程。
    从19世纪开始,折纸在西方成为了数学和科学研究的工具,解决在折纸过程中发现的一些数学之迷已经发展成为现代几何学的一个分支。其中比较突出的是日本筑波大学(原东京教育大学)的芳贺和夫所发现的折芳贺定理,它已成为折纸数理学中的主要定理之一。 


     在MIT折纸——数学与艺术
    真正的天才敢于折纸:这位MIT最年轻教授用数学算法来折!Erik Demaine的父亲Martin Demaine,艺术家兼雕刻家,只有高中学历,他自己教育埃里克并且带着他游遍美加。在Erik12岁上大学的时候,Martin觉得Erik离开他独自生活还太小,所以他旁听了Erik的课程。这对深化他自己对折叠的理解大有裨益。
    (见:http://www.math168.com/sxyy/1651.htm


    以前我们对折纸的概念,无非就是纸鹤、星星、纸盒、东南西北这类比较传统的折纸作品,如果跟你说折纸跟数学有关系,你可能会持着半信半疑的想法。
    折纸大师 Robert Lang 在 TED 上的一次演讲,完全颠覆了以往我们认知的折纸行为,他可以用一张没有切割过的纸,单靠折的动作,不用胶水或是任何剪接拼贴,就把纸张幻化成非常拟真的动物,甚至利用数学的概念,把这折纸艺术教授给大众,只要四个法则,就可以把折纸参透到极致。
    (来源:http://www.shouyihuo.com/view/9558.html)

折纸与机构学    


     2015年7月24日Science在线发表了天津大学陈焱教授领导的团队与英国牛津大学Zhong You教授合作研究成果“Origami of Thick Panels”。该研究从空间机构运动学的基础理论出发,开创性地提出了全新的厚板折展机构学理论模型。
    (详见:http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab38/info48757.htm)

    《科技日报》在“折纸科学从理论走进应用”一文中评论:这意味着厚板折展机构学理论在折纸工程应用领域有了重要突破。
    折纸是一项古老的东方艺术,也是一门新兴的前沿科学,处于数学、机械、力学、材料、控制、生物、医学等多个基础学科的交叉领域,艺术家创造了丰富的折纸结构;数学家致力于二维折痕分布与三维折纸结构之间的映射算法的研究;而现代工程师则想方设法实现折纸结构在工程中的各种应用。
    折纸科学中重要的基础科学问题之一就是折纸的运动学模型,早期的研究仅仅关注折痕分布及其最终的三维形状,并假设纸张是零厚度的。然而面对真实工程对象厚度是不可忽略的问题,已有的理论不再适用。那么如何像折纸一样折叠厚板呢?
    天津大学陈焱教授与英国牛津大学由衷教授合作,成功地解决了这一问题。其从空间机构运动学的基础理论出发,提出了厚板折纸理论模型。该新模型用空间机构代替球面机构,得到单自由度的厚板折纸条件,使得已有的具有大折展比的折痕分布可以直接应用于厚板折叠;通过对厚板模型中多机构网格运动学分析,精确地描述厚板的折叠过程,完美实现了折纸结构与厚板结构运动学的等价。同时该模型将多自由度的零厚度折纸模型转化成单自由度的厚板折纸模型,有效地简化了结构的驱动与控制。
    这项工作突破了折纸科学从理论到应用的主要瓶颈,为折纸结构工程应用铺平了道路,可直接用于建筑结构太阳能帆板空间天线反射面等大型面状结构设计,以及人体自然腔道狭小空间下手术器械运动机构设计等方面。
    (来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2015-08/02/content_312444.htm?div=-1


     “今日哈工大”微信公众号“2017年3月23日发文:从哈工大新型太阳翼结构与机构成功用于“天鲲一号”,看“折纸”卫星帆板”,介绍了航天领域基于折纸艺术,创造的“光驱动折纸折叠机构”新技术,未来某一天或会在智能包装、卫星展开以及植入入侵性更小的医疗设备等方面一展身手。以及美国研制的“太空花朵”折叠太阳能板和哈工大发明的空间折展机构。

折纸与建筑学 


     世界上最惊人的15个“折纸建筑”
    (全文:http://www.l99.com/1562607/blog/view/628916)


     建筑欣赏:折纸大楼(Origami) 
    (见:http://news.ccd.com.cn/Htmls/2014/11/9/201411919443155217-1.html


     折纸建筑学:Foreign Office Architects设计的横滨国际码头(Yokohama International Port Terminal)
    (见:http://www.archcy.com/classic_case/anlishangxi/gn_jz/48d582e3b1e18bb2)


     法国折叠大教堂
    (来源:http://www.uuuu.cc/xinshang/jianzhuhuanjing/jianzhusheji/27058.html


     像折纸折出来的伊朗媒体楼
    (见:http://arch.hxsd.com/industrynews/201111/654876.html


     以折纸为灵感的建筑设计——英国的折叠金属售货亭
    (详见:http://blog.sina.com.cn/s/blog_dbf43dc50102v8po.html

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