摺紙也能用來造衛星？
1月18日，頂級遊戲公司任天堂正式對外推出Nintendo Labo，孩子背上紙箱就能變身機器人的新玩法，不僅在游戲領域掀起驚濤駭浪，在教育界也同樣引起了巨大的關注，甚至有媒體推測，任天堂此舉可能意在進軍STEAM教育。
且不論任天堂意在何如，毋庸置疑的是，遊戲化教學儼然成為未來教育發展的新方向。
現在問題來了，Nintendo Labo要到4月20日才上市，甄選、購買過程十分繁瑣，價格也較為昂貴。有沒有能和Labo媲美，可以啟蒙孩子創新思維發展，而且此時此刻就能在家玩的遊戲呢？
今天種草喵就給大家強烈安利一個萬能神器——摺紙。
提起摺紙，大家可能想到的是小時候玩過的千紙鶴、小船和會跳的青蛙，也許還會覺得，摺紙而已嘛，有什麼新鮮的。
價值百萬的一張紙
看看下面這圖片，還是我們熟悉的摺紙嗎？
第一眼看到它們的時候，我還以為都是歷史文物。
無論是精緻密集的鱗片，還是《鼎·禮》底座，都不是黏貼上去的。每一個作品都僅由一張完整的正方形白紙摺疊成型、用銅澆築而成。
人類的創造力是多麼神奇，一張普普通通的白紙，居然在經過數百次的摺疊過後，可以實現如此驚艷的效果。想破頭我都無法想不出，他們到底是怎麼做到的。
在大多數人的概念里，摺紙還只是孩子的玩具，而在摺紙大師的手裡，它們都是具有極高鑒賞價值的藝術品。神谷哲史的《龍神》是最為出名的作品之一，耗時兩個月，成品估價約為100萬日元。
圖為《龍神》
太空站，用紙搭
時至今日，摺紙不僅在藝術領域大顯身手，在物理、生物、工程及航空領域也得到了極為廣泛的應用。
你肯定想不到，一個簡單的摺紙作品，居然可以成為太空站遮棚的設計原型！
圖為遮棚原型
在NASA噴氣推進實驗室，工程師正使用摺紙圖案構建遮棚，使望遠鏡能夠檢測到遠處的行星。
圖為遮棚實際展開場景
噓！趕緊把祖傳的DNA折起來！
不光是宏觀世界裡的東西可以折，那些我們平常看不見摸不著的也能折，比如DNA！
長長的DNA也要經過科學的摺疊，才能把自己塞進細胞核里，而當它展開的時候，就可以生成人體生命的基礎——蛋白質。
如果DNA學不會正確的摺疊，我們也就不存在了。這樣想的話還有點可怕哎...
好消息是，現在我們已經掌握了蛋白質摺疊的方法，可以通過摺疊建立新蛋白質，和病毒結合在一起，從而使病毒失去攻擊性。
圖為用編程搜索所有氨基酸摺疊方式
生物學家貝克甚至公開表示，蛋白質摺紙是藥物發展的未來。
摺紙原理還可用於製作微型機器人、生產汽車安全氣囊、建築設計、開發新型防彈盾牌等。生活中很多我們見到的、見不到的偉大發明，它們的原始模型都是由一張正方形白紙摺疊而成的。
本質上，這是一個幾何問題
雖然我們都玩過摺紙，但其實我們說得比較寬泛。摺紙，指的是不拼接、不剪輯，僅通過摺疊，將一張正方形的紙，折為各式各樣的三維物體的過程。
這就要求我們，在動手前就計算好紙的分布和重心位置。不能折一個犀牛，頭特別大，但沒有身子，或者折一個大象，身子特別大但沒有鼻子。
圖為摺痕圖及對應作品
摺痕圖，顧名思義，是摺疊成三維作品展開後，在紙上留下的印記。利用逆向思維，我們可以把摺痕圖用作預先設計圖，根據摺痕合理摺疊，即可得到想要的作品。
在科研領域，後者的應用更為普遍。任何一個稍微複雜點的摺紙作品，都需要先科學設計出滿足普遍規律的摺痕圖。
讓人眼花繚亂的摺痕圖
我們可以看到圖上有很多交點，任何一個交點，把周圍的角按順時針標號，都滿足奇數角之和等於偶數角之和等於180°。違反了這個定律，不論多費心，這張紙都是折不出來的。
這只是科學在摺紙領域的一部分應用，卻能夠幫助摺紙設計師避免結構性的錯誤，從而設計出更複雜、更精巧的作品。
用白紙鍛煉邏輯思維
對孩子來說，通過對直觀圖、視圖的觀察分析，他能逐步在腦海中建立該空間圖形的表象，鍛煉右腦思維，最後實現認知。宏觀來說，可以培養孩子的創作能力，具體可以落實到逆向思維、空間知覺、邏輯推理能力等。
其中，需要強調的是空間知覺，即空間想像能力，是指對空間幾何形體進行觀察、分析、認知的抽象思維能力，包括視覺化和形象化能力。比如想像當一張紙被摺疊後會發生什麼，還有物體的旋轉、機械推理概念等。
圖為空間想像力的經典測試題之一，做做看？
空間想像能力對科學發展有著重要的意義，對孩子來說，解答數學幾何題、畫畫甚至是分辨地圖，都需要空間想像力，在特定領域，如工程製圖，空間想像力則發揮著不可替代的核心作用。
圖為埃里克德曼
數學家和幾何學家埃里克德曼（MIT教授）認為，摺紙從數學角度看，很有挑戰性，它有點、線、摺疊的基礎幾何核心，而且嚴格限制材料的使用方法，不拉伸，不切割。在有限的範圍利用好每一分一厘的空間，稍有改變，就會有不一樣的結果，這實在是太有趣了。
當處理越來越複雜的形狀時，埃里克德曼就需要藉助數學來探索新設計。
摺紙和數學怎樣結合在一起呢？舉個簡單的例子：不用量角器和直尺，在紙上折出三等分角。大家也可以動手試一試~
圖為三等分角摺疊步驟
在研究領域，摺紙所依賴的數學分析，可比這個複雜多啦，除了埃里克德曼，還有一位領軍人物，就是東京大學的館知宏教授。
圖為館知宏教授
館知宏試圖繼續推進計算設計，他正編寫一個軟體程序，可以針對任何對象建立摺痕圖案，而不僅僅是棒形物體。他在數學上和埃里克德曼合作，開發一款叫做「摺紙者」的軟體，將三維模型轉換為二維摺痕圖案，然後可以摺疊成想要的形狀。
圖為館知宏和埃里克德曼遠程工作場景
如果他們成功，「摺紙者」將成為無價的設計工具。這意味著，世界上任何一件物體都是可以用一張紙摺疊出來的。
他們甚至大膽推測，雖然目前摺疊仍需要手工完成，在不遠的未來就會有可以按設計自行摺疊的機器。這對摺紙來說，將會是革命性的顛覆和創新。
創造力真的是特別神奇的東西，任何平凡無奇的、冷冰冰的物品，和創造力結合在一起，都會變得生動有趣，讓人眼前一亮。
白紙其實還有著特殊的意義，它意味著無限的可能性，我們可以在紙上畫出各種圖案，或是把它折成任意形狀。
所以每次拿到白紙，都是一次全新的創作過程。
很快就又到周末了，孩子在家的時候，不妨抽出2、3個小時，一起玩玩摺紙~
折完以後再拆開，仔細觀察摺痕，互相比拼著猜出每個摺痕對應的部位或作用。說不定能玩出一個家庭版頭腦王者吶。
話不多說，我去準備白紙啦！想要切磋摺紙技巧，記得call我種草喵！
TAG:晚安編程貓 |