迈入科学殿堂的折纸术

http://www.100md.com 2019年9月15日 《百科知识》 2019年第18期

     折纸，是一种大多数人都做过的手工。一张正方形的纸可折成一个简单的盒子、一只纸鹤或者一条精致的龙。顾名思义，折纸的材料当然应该是纸。但是，在现代的折纸术中，“纸”是一种宽泛的概念，可以是DNA、金属或是植物的叶子。折纸不仅是一种艺术形式，它还启发科学家们去解决各种各样的技术难题。来自于折纸的灵感正在催生科学殿堂中一项项令人惊叹的创新。

    折纸艺术家的日常

    罗伯特·朗原来是一位物理学家和工程师，在美国国家航空航天局的喷气推进实验室从事激光研究工作。他还是一名折纸艺术家，为了写一本关于折纸的书，他辞去原来的工作，专心于折纸的研究。他参与了从外层空间太阳能电池阵列到医用植入物的各种设计，这些设计的思想都来自于折纸产生的灵感。

    作为一位折纸大师，朗以塑造非常复杂的作品而闻名。每一次折纸都是一个创造的过程。在折叠某种东西，例如昆虫、青蛙或舞蹈者之前，朗通常要创建一个“折痕图”，它就像折纸的“蓝图”。在折叠之前，朗对每个步骤和最终的成品都“心中有数”，他要把想法分解成一些形状，这些形状将最终组合在一起。例如，一只蝴蝶可能会被分解成翅膀、触角等，然后他会思考怎样的形状最适合表现哪个部位，这需要几何学的帮助。

    为了给这种作品制作折痕图，朗经常求助于计算机程序，这是一种数学软件。通过程序，朗用代码描述形状，这些形状构成他想要折叠的物体，而代码的书写则有赖于几何和线性代数提供的知识。一旦有了代码，电脑就能解决其中的任何数学问题，然后，计算机程序会为将要折叠的对象生成一个折痕图。这样，接下来的工作就不难完成了。

    罗伯物·朗在进行折纸创作

    奇妙的自折叠

    布兰迪·肖是一位化学工程师。在北卡罗来纳州立大学学习的时候，她参加了一个折纸研究团队，想做一种可自我折叠的东西，它们可以在可控的状态下自动形成理想的形狀。

    首先，制作者要把几种颜色的墨水印在一种聚合物上，那些印制的线条形成了“关节”，它们会对不同颜色的光做出反应。例如，一种青色或者蓝绿色的墨水能吸收大约80%的红光，这种光的波长为660纳米，而黄色墨水则几乎不吸收红光，结果是，青色的“关节”在红光的作用下会发生折叠，而黄色的“关节”没有反应。当470纳米的蓝光照射在这种聚合物上时，情况则颠倒过来，这时黄色“关节”发生折叠，青色“关节”则不反应。

    当聚合物的某个“关节”吸收了某种颜色的光后会变热，导致这部分聚合物收缩并向内折叠，其折叠的程度取决于打印在聚合物上的“关节”拥有怎样的宽度。

    科学家们通过控制折叠的过程创造了很多东西，从嵌套的盒子到三维的花朵。这种折叠可不是为了好玩，而是可能被用来制造医疗设备，还可能被用来制造便于运输的产品。这种产品在运输的时候是压扁了的，但一旦送到了顾客手中，光就可以把它们折叠成它应该成为的样子。这种产品很容易展开和重新组装。

    灵感的来源

    和肖一样，另一位折纸高手古尔登·考麦西-于纳尔也是一位化学工程师，供职于马萨诸塞大学。她所开发的生物材料将来有一天也许会被用来修复甚至再生骨骼、心肌、血管和皮肤等。

    考麦西-于纳尔在折纸材料上培植骨细胞，随着骨细胞的生长，它们将矿物质沉积在纸上。她希望依附于纸上的细胞能最终形成移植体，而这种植入物不太可能被人体的免疫系统所排斥。在这种技术成熟之前，人们还要做很多工作，例如怎样使纸更坚固，怎样在骨头就位后让纸在身体中自然分解等。

    在未来，医生们可以用这些在实验室中培养出来的部件替换受损的骨头，也可以用它们治疗骨骼发育异常的患者。

    折纸为科学家和技术人员提供了取之不尽的创新思想和设计灵感，这是因为折纸汇集了宝贵的思考“冲击力”，它们来自科学、技术、工程、艺术和数学，折纸的魅力缘自于多方面的结合。

    考麦西-于纳尔的研究受到折纸术的启发(张唯诚)

    百拇医药网 http://www.100md.com/html/paper/1002-9567/2019/18/16.htm