当我告诉人们我要去参加一个“关于折纸”的最近的会议时，我得到了一些困惑的反应。折纸？就像折纸鹤？嗯，不完全是。折纸原理现在被广泛应用于各种领域——从卫星设计、心脏支架到自组装机器人，以及更多。
但是，你可能会问，纸艺与这些东西有什么关系呢？确实，折纸已经传承了几个世纪，涉及到将纸折叠成鸟类和盒子等形状。日本折纸艺术家Akira Yoshizawa被认为在 20 世纪推广了折纸，他开发了一套基于图片的说明，作为一种通用语言，促进了艺术家和科学家之间的合作。
但自 20 世纪 60 年代以来，尤其是在最近几年，折纸、数学、工程学和其他学科之间的重叠一直在增加。正如我在伊利诺伊大学香槟分校主办的会议上很快了解到，折纸背后的数学过程非常复杂，那些能够将一张纸折叠成各种形状的分析技术和计算机模型，可以用来解决各种棘手的工程设计问题。
据伊利诺伊大学的研究员Glaucio Paulino（一位热情洋溢的会议组织者）介绍，折纸技术可以帮助用平面（有时基本上是二维）材料制作三维物体。更有趣的是，这些物体的尺度可以从微观的纳米机器人到卫星上的太阳能电池板。应用折纸原理有助于将大型物体压缩成更小的形状，之后它们可以再次展开。
闲话少说，这里有九个令人惊叹的受折纸启发的应用，从本周发表的论文中揭示的，到过去的一些，再到即将出现的。
1. 自组装机器人
你可能熟悉《变形金刚》，尤其是如果你是一个十几岁的男孩或者迈克尔·贝的粉丝。嗯，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员设计了一种本质上与之相似的东西：一个可以自行组装的机器人。
但还有更好的。最初，机器的所有材料都是相当平坦的，它们可以折叠起来，创建一个可以自行移动和转弯的设备。这些平面嵌入了电子设备，并通过铰链连接；它们还由加热到 212 华氏度（100 摄氏度）时会收缩并折叠的材料制成。根据描述这项工作的研究，该机器需要四分钟才能组装完成，该研究今天（8 月 7 日）发表在《科学》杂志上。
这类机器可能有很多应用。首先，它们可以用于“远程自主组装”，作者写道——例如，在将卫星送入太空或在危险环境中建造避难所时。搜救机器人也是一种可能性，因为预制好的薄机器可以塞进一个小缝隙，然后部署。这个概念也可以用于自动化制造过程。
2. 太空中的镜子和太阳能电池板
你如何将一个东西压缩成一个紧凑的形状以便发射——然后在太空中迅速将其重新变大？到目前为止，你可能已经猜到了。据物理学家和折纸艺术家Robert Lang说，折纸式折叠原理已被用于制造可折叠镜子，就像詹姆斯·韦伯太空望远镜上的那些（PDF）。Lang 是折纸艺术与科学/工程重叠的一个完美例子。他毕业于加州理工学院，是一名物理学家，但他决定放弃一条更典型的科学道路，转而追求折纸；他现在是世界上最知名的折纸艺术家之一，并且经常与来自世界各地的不同学科的科学家合作。例如，Lang 与劳伦斯·利弗莫尔国家实验室合作，利用计算折纸设计了Eyeglass Telescope，以制造可折叠的透镜。这个巨大的望远镜（原本可以延伸到曼哈顿的长度）的原型已经被建造出来，尽管最终的作品从未完成。
同样的通用原理已被应用于制造可折叠太阳能电池板和其他需要收起来然后展开的装置。一种方法是使用Miura 折叠，这是一个以日本天体物理学家 Koryo Miura 命名的折痕图案，他恰好也在会议上，并且是该领域的传奇人物。当一张纸按照 Miura 的方式折叠成一个小形状时，只需要抓住两端一拉，纸就会展开。这种简单性使得这种折叠方式可以用于许多这些受折纸启发的应用；其中一个这样设计的太阳能电池阵列被用于 1995 年发射的一颗日本卫星上。
在另一项同样发表在《科学》杂志上的研究中，康奈尔大学的研究员 Itai Cohen、研究生 Jesse Silverberg 和同事们使用 Miura 折叠的一个变体开发了一种特殊的超材料（一种在自然界中不存在的材料）。Silverberg 发现，通过改变重复折痕图案的大小，他可以以可编程的方式改变材料的刚度。这可能对多种用途有用，例如快速地用平面材料创建坚固的三维物体。
3. 其他太空设备
除了太阳能电池板，折纸在太空还有其他用途。英国萨里空间中心的研究员 Mark Schenk 正在建造一个带有充气桅杆的立方体卫星。这个桅杆需要能够快速伸长，这是一个挑战；很难找到一种既能快速展开又能保持刚性的材料。他的解决方案是转向折纸原理，使用一种在六秒内就能快速展开的层压材料。Schenk 表示，未来这类“可展开结构”可以用于各种太空设备，例如连接太阳能电池板或太阳帆到卫星的桅杆。
伊利诺伊大学的研究员Jimmy Hsia也表示，他正在致力于开发由折叠硅制成的小型球形太阳能电池，这有一个显著的优势：“无论太阳来自哪里，你都有相同的效率。”通常，这些电池是平面的，必须仔细地与太阳对齐呈垂直角度，否则效率会降低。
4. 设计安全气囊
制造一个安全气囊非常困难。它必须在瞬间打开并变得坚硬，但又不能太硬；毕竟，它不能像石头一样硬。事实证明，模拟这么大尺寸的充气形状的最佳方法是找到一种方法，利用折叠从一张平面纸上创建一个三维多面体。Robert Lang帮助一家德国公司开发了模拟安全气囊打开和折叠过程的软件，他的算法已被用于该公司的计算机模型中以改进产品。
5. 心脏支架
日本传统认为，谁折一千只千纸鹤，谁就能实现一个愿望——也许是拯救生命。但折纸原理实际上可以通过科学拯救生命。牛津大学的研究员 Zhong You 和他的同事开发了一种使用“水弹基础”概念的心脏支架，这种概念被用于你可能见过的充气折纸盒子。这种支架由塑料材料制成，可以收缩到足够小，能够穿过导管，但一旦到达预定位置，就可以充气打开动脉。
6. 建筑
位于芝加哥的Skidmore, Owings and Merrill 公司的建筑师 Neil Katz 表示，受折纸启发的作品越来越多地被融入建筑设计中。例如，它被用于建造可折叠、易于组装的房屋。但更重要的是，它越来越多地被用于制造可调节的屏幕或墙壁，这些屏幕或墙壁在一种形状下可以让光线通过，但在另一种形状下则更加不透明。为此，折纸原理也允许建筑师制造“遮阳和覆层”，可以在一天中最热的时候阻挡阳光（从而阻挡热量），然后在天气变凉时打开。例如，北京葛洲坝大望京塔的立面“是折纸式的，用于自遮阳”，这种设计“节省了大量的能源”。
7. 纳米器件和机器人
研究人员利用 DNA 的折叠特性制造了各种超小型物体，包括用于药物输送的盒子和容器，以及制造纳米机器人。有一天，这样的设备可能会在你的身体里爬行诊断问题（虽然我不会报名）。但目前，这些设备已被在活蟑螂体内使用。
“折叠的基本定律在任何尺度上都适用，”Lang 说。
8. 视网膜植入物
加州理工学院的研究员Sergio Pellegrino正在开发一种受折纸启发的视网膜植入物，以帮助患有年龄相关性黄斑变性和色素性视网膜炎的人——这些疾病会导致光感受器丢失。Pellegrino 说，他的设备将比现有模型有几个优势：它可以以更低的成本平坦地制造；折叠技术可以允许在视网膜附近密集排列电极（用于传输安装在眼球附近摄像头的电信号）；并且它可以“弹性兼容，以适应各种尺寸的视网膜”。
9. 精美的艺术品
正如你可能预料的那样，折纸仍然被用来制作……折纸。这是 Robert Lang 的一件作品。
东京大学研究员、著名折纸艺术家 Tomohiro Tachi 使用折纸技术开发创新的三维雕塑。下面是他用金属制作的一个结构，由于边缘锋利，他戴着手套拿着。这个形状只花了一个小时就做好了，因为有专业打印机的帮助。“由于结构的简单性，它非常容易，”他谦虚地说，谈论着一件看起来既不简单也不容易的作品。
Tachi 还展示了他自己折叠一只纸兔子（花了 10 个小时）的延时视频。
同时，这里是 Miura 和他著名的 Miura 折叠的副本。早期，他不得不手绘独特的折痕图案，因为当时没有计算机来帮助设计这类东西。
Robert Lang 的总结最恰当。“如果你抬头看太空，或者手术室，你很可能会看到折纸，”Lang 说。“它有一天可能会拯救生命。”
