诞生于“Origami”的世界技术革新

折纸的启发：“蜂窝板”带来数万亿日元的市场

提起“折纸”，人们就会联想到日本传统文化，用一张和纸折出仙鹤、恐龙等形状；而另一方面，“Origami”如今已经成为世界折纸爱好者的通用语言。明治大学研究与知识产权战略机构的荻原一郎教授指出，折纸技术有着高达数万亿日元的市场，说它是金山也不为过。Origami已经不单纯是一种艺术，它掌握着革新产业的命运。

受到七夕折纸装饰（左）启发，蜂窝结构芯材问世。右图为瓦楞纸制蜂窝结构纸板（图片提供：荻原特聘教授）

有一种说法认为，第二次世界大战结束后不久，一位英国工程师从折纸做的七夕装饰品中受到启发，开发出了蜂窝结构芯材（Honeycomb Core）。它是将六角形筒整面排列呈蜂窝形而成的。这种材料在我们身边比比皆是，最常见的有瓦楞纸做的缓冲材料。新干线的地板使用了铝制的蜂窝结构芯材来减少震动，搭载卫星的火箭上，为了防止空转时的轰鸣震动对卫星音响造成破坏，在壁面上贴有蜂窝状芯材。

今天的蜂窝状芯材技术市场，规模高达数万亿日元，而它居然是受到日本折纸的启发而由英国开发出来的，听上去多少有些讽刺意味。

难以摆脱“传统工艺”意识的日本

“折纸虽然是日本的拿手好戏，却长期不能有效地在工业技术上得到应用，这对日本的技术人员来说是件很惭愧的事情”——这种强烈的想法鞭策着荻原教授。

荻原教授曾经作为冲击工程学专家在日产汽车公司从事冲击研究。后来他就任东京工业大学教授，开始研究“协调工程学”（研究乘坐汽车时的舒适感等，将用户的感受融进商品开发之中），2002年接触到京都大学野岛武敏博士（现任明治大学尖端数理科学研究科客座研究员）倡导的“折纸工程学”。野岛认为，如果折纸轻而坚牢、可伸展收缩的功能得到有效发挥，那么就能应用于工业领域。荻原教授对这种折纸的潜力产生共鸣，成立了“折纸工程学研究会”。

“协调工程学最重要的是感受性。例如当人们看到（呈螺旋状排列的）向日葵的果实时会觉得很美。那么，如果使用美的东西，人的大脑是不是也会变得更具活力呢？2002年，在我听了京都大学野岛教授为提倡折纸工程学而发表的演讲时，脑中随即闪现出‘就是它！’的想法。”

荻原教授的研究室里，聚集了来自日本、俄罗斯、中国和越南的12位研究人员（摄影：山田慎二）

备受瞩目的“折叠式机器人”

荻原教授认为，虽然折纸在日本仍被看做是一项传统工艺，然而最近世界对折纸技术却给予了莫大的关注。2014年8月在东京召开的“第6届折纸科学 数学 教育国际学会”，吸引了世界30个国家的近300人参加。

折纸技术之所以如此受瞩目，与1990年以后出现的折纸相关软件不无关系，它们当中有支持折纸设计的软件和模拟折叠变形状况的软件等，促进了“计算折纸”研究的发展。2012年，美国国家科学基金会还为折纸技术研究项目提供了1600万美元的研究开发经费。

同是在美国，还展开了一系列全新的研究，其中，麻省理工学院的计算机科学家艾瑞克·德曼教授发表了用形状记忆高分子膜制作“折叠式机器人”的论文，受到了有关方面的瞩目。

“折叠连衣裙”——与三宅一生的合作

三宅一生设计的连衣裙，应用了折纸的缠卷模型（下图提供：荻原教授，上图摄影：山田慎二）

当然，日本也进行了各种各样的研究与技术应用。例如，世界级时装设计师三宅一生便和野岛武敏合作，设计了“折叠连衣裙”。

设计作品中应用了野岛教授发明的“缠卷模型”和“圆锥折叠模型”。这类模型是从牵牛花的蓓蕾呈螺旋状开花的机制中获得启示而发明的。

事实上，对航空宇宙工程学和机械工程学的研究者们而言，贝、昆虫翅膀以及向日葵果实的排列方式等自然界存在的折叠构造中，潜藏着许多意味深长的研究主题。2014年11月，《美国国家科学院院刊》刊登了东京大学助教齐藤一哉的论文《昆虫界“最难”的折叠，揭开隐翅虫后翅藏匿法之谜》。这项研究如果能够继续深化，有望广泛影响到工业产品的制造，大到人造卫星太阳能电池翼的展开结构，小到雨伞、扇子等日常用品。

从罐装烧酎高杯酒到人造血管

“三浦折叠”（左）是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的三浦公亮名誉教授发明的折叠方法。将长方形顺着对角线方向拉伸或挤压就能瞬间实现关闭开合。应用在罐装烧酒高球上的铝制“钻石切割饮料罐”（右），也源于三浦教授的宇宙工程学研究

被应用于人造卫星太阳能电池翼的“三浦折叠”非常有名，而在我们日常生活中也不乏应用实例。比如，将被称为吉村型（钻石型）的折叠构造应用在罐装烧酎高杯酒的饮料罐表面。在打开饮料罐的那一瞬间，罐子表面会突然显现出凹凸不平的钻石图案。想必很多人对此都很熟悉。

此外，像是轻而易举就可压扁的塑料瓶、轻便牢固的车身、家具，以及安全气囊的折叠技术等等，我们的日常生活中随处可以见到折纸技术的应用。

在建筑领域，人们研究如何用木材和钢板作为折叠材料建造立体建筑物；在医疗领域，研究人员利用“海参折叠”来制造新型人造血管（覆膜支架），利用肺泡管折纸模型来帮助检查肺部疾病等等，各种各样的应用技术研究正在进行。

美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）与杨百翰大学的研究者们正在进行了一项共同研究，应用折纸技术研发一种能够伸展至折叠状态十倍面积的太阳能电池板（图片为试制品，提供：杨百翰大学/NASA）

东京大学助教舘知宏正在研究如何将折纸技术应用在建筑上。图为折叠式建筑的设计案例（图片提供：舘知宏）

致力于可批量生产的技术开发

如前所述，日本的折纸技术正在医疗、运输、建筑、航天产业等广泛领域取得越来越多的关注，但据说得到实际应用并实现了批量生产的，还只有蜂窝状芯材一种。

2014年11月，东京大学助教齐藤一哉成功地证实了新型蜂窝状芯材的制造方法。以前的蜂窝状芯材都是通过堆积重叠来扩展的，而这一次，齐藤仅用1张纸板，按照折纸的方式刻入划痕，制作出立体形状。这项技术使得高强度、高刚性蜂窝状芯材的制造变得不再困难，不仅降低了成本，一直被视为难题的曲面板的制造也成为可能。

“桁架夹芯板”上排列着许多三棱锥形状的突起。它容易弯曲，能够用模具冲压成形，因此价格低廉且防火性能好（图片提供：荻原教授）

而明治大学荻原教授的研究小组，则正在研发一种“桁架夹心板”（亦称“钻石夹芯板”）。这种板材也很容易弯曲，且防火性强。形状相同的板材的凹凸面用夹心三明治的方式搭配组合后，其刚度大约是平板的7到8倍，而且成本仅为普通蜂窝构造板材的三分之一。目前正在研究其在太阳能板（光伏板）定日镜、锂电池充电器、列车地板构造等方面的应用。

荻原研究小组还致力于“折纸式3D打印机”的开发。这种打印机与普通的层积成型3D打印机的构思正好相反，是根据三维数据打印折纸展开图。使用这种数据，那么将来没有昂贵的铸模也能从事生产制造了。研究小组正在推进焊接机器人、折叠机器人这类工业机器人的开发。

折纸虽然根植于传统，但是折纸工程学还是一个全新的研究领域。今后，包括日本在内的世界各国，将会采取哪些崭新的尝试，把折纸的构思和技术实际应用于工业生产领域呢？让我们拭目以待。

（Nippon Communications Foundation编辑部根据2015年1月在明治大学研究与知识产权战略机构尖端数理科学研究科的采访整理编辑而成。标题图片：明治大学荻原一郎教授，摄影：山田慎二）