一張紙還能上天能救命?理工男放棄NASA百萬年薪,只想回家摺紙,卻折出了最新衛星!

而到了藝術家手中，它們就會變幻成各種各樣精妙絕倫的藝術品：
可當一雙文藝的手，遇上一顆聰明無比的「理科大腦」，又會摩擦出怎樣奇妙的火花呢？今天，超模君就要介紹一位「把藝術玩成技術」的物理博士Robert J. Lang。

當年，Lang還是一個天真調皮的小男孩。有一天老師折了一架紙飛機給他玩。從此以後，他就打開了新世界的大門。

剛開始，他只是整天琢磨各種紙飛機的折法。後來他漸漸被摺紙藝術的奇妙徵服了——這就像他在賦予它們生命一樣。於是小小年紀的他，有了一個摺紙大師的夢想。

對於Lang而言，摺紙就是他放鬆的娛樂方法，讓他在繁重的學習生活裡保持清醒的頭腦。

所以他不但沒耽誤學業，反而以高分考上加利福尼亞理工學院，之後更是一路學霸：史丹福大學碩士、加工理工學業物理博士、德國博士後......

學霸的腦迴路果然都不同凡響。

黑森林布穀鳥鐘（在德國從事博士後工作時，耗時3個月設計摺疊）

不久後，Lang就回到了美國，剛一落地就被高薪聘任美國NASA的實驗員。在這個人均智商160的修羅場，他一口氣出版了80多篇專業論文，還收穫了46項專利。

然而越是在事業上混的風生水起，Lang的心靈就越是感到乾涸空虛。他越發渴望實現自己兒時的夢想。

為此，四十歲的Lang做了一個在外人看來離經叛道的決定——辭職NASA，回家全職鑽研摺紙算法。

「比起物理研究，我更愛摺紙！我願意用一生的時間去追求自己的摺紙夢想。」

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普通人玩摺紙就只是為了玩，Lang玩摺紙卻是為了讓別人更容易上手。

作為一位理工學霸，Lang當然不屑於單純設計幾個異常繁複的設計圖來博人眼球。反而是充分發揚理科生「死磕到底」的精神，利用數學知識計算，把摺紙的算法總結成規則。

1999年發表的論文

這篇論文一經發表，就震驚世界。因為很少有人這麼正兒八經地把數學與摺紙聯繫起來寫成論文。

Robert J. Lang是Huzita–Hatori公理的發現者之一。

雙穩態結構

這時候大家才驚覺，原來他不是開玩笑。

我們都知道，摺紙看似簡單，其實動手過程非常複雜繁瑣，需要有超強的耐心和大量的時間。而且說不定最後你也只能得到一張皺巴巴的紙。

整盆仙人掌出自一張紙，共花費7年時間

所以那時候除了藝術大師外，幾乎沒有人會下功夫去鑽研它。Lang卻很得意，因為這是他實現夢想的第一步。

為了能夠順利推廣，他還用通俗易懂的語言總結了一遍它的規則：

第一，雙可著色原則。其實很好理解，就是用兩種顏色去填充圖案，相鄰的色塊顏色不相同。

第二，在任何頂點，凸折法的數量總是比凹折法多或者少兩下。

第三，如果把同一個頂點的摺痕角按順序標號，那麼奇數角的和一定是180°。

最後，無論怎麼疊加褶層和紙片，紙片永遠不能穿透褶層。

就像網友說的那樣，通常情況下，定理就是把一個簡單易懂的詞語擴展成一堆大部分人都看不懂的句子。所以，如果僅僅是看了這些規則就想親自動手設計的話，那99.99%的人都會抓瞎。

所以考慮到大部分人的接受力，Lang專門發明了一種方法：摺痕圖案設計法。

舉個例子，超模君想親自動手摺一隻蠍子。

首先就要準備一張紙，在紙上用最簡單的線條把圖案的特徵畫出來。比如動物的腦袋、角、爪子等。

蠍子線條畫

然後，在另一張足夠大的紙上用一個個虛擬的「圓環」來限定特徵的大小。比如爪子之類的片狀物，可以用邊邊角角的半圓或四分之一圓來表示。

要記住，一定要合理地把「圓環」全部塞進一張紙張裡。這些「圓環」的排列就是圖案的骨架。如果是對稱的圖案，那麼在紙張上也應該同樣安排「圓環」。

蠍子圖案圓環

接下來，就是畫線把每一對圓心連接起來，只要有兩條線相遇成V字，就在中間添加一道摺痕，這就是「折脊」。

如此往復，再利用更複雜的方法添加越來越多的線。毫無疑問，這是一個順理成章、循序漸進的過程。

最後，擦掉「圓環」，剩下的圖案就是「摺痕圖案」了。

蠍子摺痕圖案

但是對於我們來說，要想設計這些複雜的小動物，單單是找到「圓環」的最優組合就夠嗆的了，更何況還要不出錯地畫出所有「折脊」。

這是分分鐘勸退所有人的節奏。

所以，為了把自己喜歡的藝術推廣到全世界，Lang開發了一款摺紙軟體Treemaker。

利用它，即便是普通人，只要畫出最簡單的線條圖，就能把自己簡單的想像，轉化成藝術品的設計圖案。

因為軟體簡單快捷，以至於直到現在，國內外的摺紙俱樂部仍然廣泛使用。它已經成了參加比賽的神器。

發展到現在，Lang可以說「桃李滿天下」了：美國已有40個大學摺紙教授以及上萬的專業學生。甚至連國家撥款的項目也有幾十個。

好好一個「為人類服務」的研究員，卻回家玩小朋友的玩具，實在是「殺雞用了牛刀」。你以為這是玩物喪志？

但是Lang卻用實際行動打臉所有人，他把摺紙藝術玩出了新花樣：無論是地上跑的，還是天上飛的，甚至在人體裡做手術，都可以用到摺紙結構。

比如我們平常開的汽車，安全氣囊摺疊後只有小小的9cm*9cm*5cm，充氣後卻可以達到40-100L的體積。

安全氣囊

再比如我們基本沒什麼機會能見著的衛星太陽帆。它其實就是衛星用來發電的。

太陽帆（英文名：Solar sails）是利用太陽光的光壓進行宇宙航行的一種太空飛行器。在沒有空氣阻力存在的太空，這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供 10e－5～ 10e－3g左右的加速度。

當時NASA想要實驗太陽帆，誰知道好不容易想好了，卻發現它足足有上百平方米。可是火箭只有幾立方米的空間能夠塞得下它，否則NASA就要撥款新造一架專用的火箭。

NASA沒辦法，只能求助當時已經成為一代摺紙宗師的Lang，希望能共同開發一種能將任何平面環形或盤形摺疊成緊湊的圓柱體模式，以此增加發射時的緊密性和部署時的可靠性。

幾經波折之後，他們終於找到了最適合的結構：「三浦摺疊法」。

通過三浦摺疊後形成特殊的褶皺，只需沿單一軸線方向拉伸，整個結構即可展開成平行四邊形的「棋盤」，要收攏時則反向一推即可。

三浦摺疊的放縮比為25:1，後由中國設計師裴浩正改進為81:1。

三浦摺疊結構

這樣一來，太陽帆不但不需要麻煩太空人拼裝，而且面積大小還可以自己調節。

如果說太陽帆還算聽說過，那麼接下來的東西普通人就會覺得匪夷所思了。

隨著科技進步，病人都希望自己越少受罪越好。這使得他們對手術創口的要求越來越高。所以不少專家都在開發微型手術機器人。

機緣巧合之下，美國有一家公司發現，柔性摺紙結構能夠非常好地替代很多複雜的剛性結構。

微型變體抓手（能夠節省75%的零件）

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達文西手術機器人（摺疊機構使得細管能順暢進入人體，不容易堵塞）

所以說，藝術與科學絕不是割裂的。

所謂「技近乎於道」，花了時間精力，認真去鑽研一項愛好，總結出經驗，你就能成為大師！

但這絕不是一個簡單的過程，想要將藝術抽象為科學，你往往需要數學為它們架起橋梁。

畢竟，說到精煉總結，還有誰能與數學相提並論呢？