科學家研究數學原理應用太空科技、機器人、醫療等領域百年摺紙藝術啟發科技革命

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-05-06

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科學家利用摺紙技術，開發出功能更好的口罩。圖／網路

摺紙技術除了藝術領域，還可應用於醫療、太空探索。圖／網路

NASA運用摺紙技術研發遮光罩，有助辨識外太空星球。圖／網路

編譯／韋士塔

科學家發現，擁有數百年歷史的摺紙藝術，具有顛覆科技領域的潛力，包括醫學、太空科技、建築及機器人。

曾獲得2021年美國土木工程師學會（ASCE）卓越新聞獎的維哈斯（Maya Wei-Haas），親身體驗了摺紙的神奇。她訂購了美國獨木舟公司Oru Kayak的產品，折疊並收納後，體積僅相當於一個大型手提箱。維哈斯表示，這種可折疊的獨木舟，設計靈感來自摺紙藝術。

維哈斯表示，摺紙藝術開始啟發科技革命；最初，科學家研究摺紙以了解其數學原理，如今發展成用來控制各種材料或物品的形狀，包括獨木舟、口罩。

雷射物理學家朗格（Robert J. Lang）因研究摺紙而愛上這項工藝，目前也成為出色的摺紙藝術家，但他坦言：「摺紙的應用範圍快速擴大，我望塵莫及。」

至少17世紀起，日本等地就已出現摺紙藝術；最初的摺紙作品相對較簡單，因為當時的紙張非常昂貴，摺紙主要用於祭祀或其他重要典禮；隨著紙張的成本逐漸下降，摺紙的用途也開始擴大到禮品包裝、玩具或用於學童的幾何課程。

20世紀中期，知名的摺紙大師吉澤章（Akira Yoshizawa）讓這項工藝成為精緻的藝術；他創造許多摺紙技法，將摺紙變成高雅的藝術形式，被譽為「摺紙之父」，也帶動許多人投入這個領域。

維哈斯表示，摺紙運用了自然界甚至宇宙中所有圖案，例如：植物的葉子，或收起翅膀的昆蟲。然而，要把摺紙技術應用於科學，研究人員必須找出其規律及運作原理。

美國西方新英格蘭大學（Western New England University）的數學教授胡爾（Thomas Hull），長期以來持續嘗試解析摺紙的原理。胡爾以一種稱為「三浦摺紙」（Miura-ori）的技術為例，這種摺紙手法由日本東京大學構造工學名譽教授三浦公亮發明，已應用於太空飛行裝置的太陽能電池板，是摺紙藝術進入設計、數學、航太和工程等領域的最佳範例。

摺紙藝術也有望應用於微型機器人領域，賓州大學的電氣工程師米斯金（Marc Miskin）表示，他與研究團隊試圖製造比一粒灰塵還小的機器人，但微型的齒輪及零件受摩擦力影響，難以順利運作；摺紙技術提供了解決方案，因為在理論上，折疊圖案在任何尺寸下都能以相同的方式彎曲及移動，較不受磨擦力干擾。

摺紙在生物醫學領域的前景也備受期待。例如，由麻省理工學院（MIT）計算機科學與人工智慧實驗室主任洛斯（Daniela Rus）領導的團隊，已開發一種可以折疊裝入膠囊的機器人。

膠囊進入人體後，折疊起來的機器人能恢復原狀，執行各種任務，像是從胃部取出意外吞入的異物。洛斯表示，這項技術能化解這種可能致命的危機，更可能開創無痛、無傷口、沒有感染風險的治療技術。

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