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你印象中的折纸是什么?是幼儿园的手工课?的确多动手可以提高小朋友的小脑发育和协调能力 , 但是!如果你只看到这个作
用 , 你就太“狭隘”啦 。
比如以下图片 , 你以为看到的是纸盒吗?大错特错 , 谁能想到有朝一日能借助它 , 循环利用宇宙飞船 , 制造超级英雄的服装 , 甚至给电子产品充电而这一进展依赖于古老的折纸技艺
那么 , 让我们从头说起 , 这是一种“朴实无华”的超材料 , 不是各种科技文章中被吹得天花乱坠的新型材料
超材料指的是一类具有特殊性质的人造材料 , 这些材料是自然界没有的 。 它们拥有一些特别的性质 , 比如让光、电磁波改变它们的通常性质 , 而这样的效果是传统材料无法实现的 。 超材料的成分上没有什么特别之处 , 它们的奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸大小 。 基于特定的人工结构 , 超材料有着惊人的性能 。 华盛顿州立大学的某个科研团队 , 能通过亚克力或纸张等简单的材料设计出现实扭曲特性 , 这一设计来源于折纸的数学概念 。
至少从17世纪开始 , 古老的折纸技艺在日本已为人知晓和应用 , 但通过反复折叠二维纸张形成复杂结构这其中的动力学却鲜有研究 , 当时人们的研究能力和认知水平还没有深入到动力学领域 。
当时一定是没人思考这些问题的 , 比如你莫比乌斯带它到底有几个面呢?它是二维的还是三维的?
以此为出发点 , 再往前多思考几步 , 就会发现折纸的原理是很多科技的核心的 。 一个古早实用的技术 , 一直在蓄积力量 , 储备撬动科技发展的能力 。
时间来到现代 , 从太空望远镜使用的深海机器人 , 到药物输送系统再到人造肌肉 , 在这个事例中 , 航空工程师们运用TCO(三角圆柱形折纸的缩写)形状 , 创建了一个非常漂亮的模型 。 看形状就知道为什么叫这个名字了 , 与其他受压时会变硬变结实的超材料不同 , 这种结构有着“受力后变软”的表现 , 这本质上意味着 , 工程师找到了将压缩波转化为张力波的方法也就是将推力或撞击力 转化为拉力 。
让我们再来复习一遍!
这个结构——因其平面折痕 , 张力点的排列方式 , 在只需要用到日常的材料和几何形状 , 可以逆转力的方向 , 这简直就是科学魔法 。
在这个3D模型中 , 当压缩波的冲击穿越该结构时 , 在它前面会产生一个相反的力 , 即以蓝色显示的张力波 , 这一过程发生得太快 , 张力波和冲击力产生碰撞 , 从而大大地软化抵消了冲击力 , 这真是够疯狂的 。
想象一下 用这种材料做橄榄球头盔或安全气囊 , 在易发生自然灾害(如地震)地区
将这种材料用于建筑 那能发挥多大的作用呢?
如果我们能找到有效地将动能 电磁能或热能转换为电能的方法 , 我们也许可以完全抛弃传统电池
动能向其相反方向的一种转化 , 实际上是这条路上的一大步
【折纸技术居然可以造飞行器!】太神奇了 , 一项古老的技艺为21世纪惊人的科技创新铺平了路!
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