誕生於「Origami」的世界技術革新

折紙的啟發：「蜂窩板」帶來數兆日圓的市場

提起「折紙」，人們就會聯想到日本傳統文化，用一張和紙折出仙鶴、恐龍等形狀；而另一方面，「Origami」如今已經成為世界折紙愛好者的通用語言。明治大學研究與智慧財產權戰略機構的荻原一郎教授指出，折紙技術有著高達數兆日圓的市場，說它是金山也不為過。Origami已經不單純是一種藝術，它掌握著革新產業的命運。

受到七夕折紙裝飾（左）啟發，蜂窩結構芯材問世。右圖為瓦楞紙製蜂窩結構紙板（圖片提供：荻原特聘教授）

有一種說法認為，第二次世界大戰結束後不久，一位英國工程師從折紙做的七夕裝飾品中受到啟發，開發出了蜂窩結構芯材（Honeycomb Core）。它是將六角形筒整面排列呈蜂窩形而成的。這種材料在我們身邊比比皆是，最常見的有瓦楞紙做的緩衝材料。新幹線的地板使用了鋁製的蜂窩結構芯材來減少震動，搭載衛星的火箭上，為了防止空轉時的轟鳴震動對衛星音響造成破壞，在壁面上貼有蜂窩狀芯材。

今天的蜂窩狀芯材技術市場，規模高達數兆日圓，而它居然是受到日本折紙的啟發而由英國開發出來的，聽上去多少有些諷刺意味。

難以擺脫「傳統工藝」意識的日本

「折紙雖然是日本的拿手好戲，卻長期不能有效地在工業技術上得到應用，這對日本的技術人員來說是件很慚愧的事情」——這種強烈的想法鞭策著荻原教授。

荻原教授曾經作為衝擊工程學專家在日產汽車公司從事衝擊研究。後來他就任東京工業大學教授，開始研究「協調工程學」（研究乘坐汽車時的舒適感等，將用戶的感受融進商品開發之中），2002年接觸到京都大學野島武敏博士（現任明治大學尖端數理科學研究科客座研究員）倡導的「折紙工程學」。野島認為，如果折紙輕而堅牢、可伸展收縮的功能得到有效發揮，那麼就能應用於工業領域。荻原教授對這種折紙的潛力產生共鳴，成立了「折紙工程學研究會」。

「協調工程學最重要的是感受性。例如當人們看到（呈螺旋狀排列的）向日葵的果實時會覺得很美。那麼，如果使用美的東西，人的大腦是不是也會變得更具活力呢？2002年，在我聽了京都大學野島教授為提倡折紙工程學而發表的演講時，腦中隨即閃現出『就是它！』的想法。」

荻原教授的研究室裏，聚集了來自日本、俄羅斯、中國和越南的12位研究人員（攝影：山田慎二）

備受矚目的「折疊式機器人」

荻原教授認為，雖然折紙在日本仍被看做是一項傳統工藝，然而最近世界對折紙技術卻給予了莫大的關注。2014年8月在東京召開的「第6屆折紙科學數學教育國際學會」，吸引了世界30個國家的近300人參加。

折紙技術之所以如此受矚目，與1990年以後出現的折紙相關軟體不無關係，它們當中有支持折紙設計的軟體和模擬折疊變形狀況的軟體等，促進了「計算折紙」研究的發展。2012年，美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）還為折紙技術研究項目提供了1,600萬美元的研究開發經費。

同是在美國，還展開了一系列全新的研究，其中，麻省理工學院的計算機科學家德曼（Eric Demaine）教授發表了用形狀記憶高分子膜製作「折疊式機器人」的論文，受到了有關方面的矚目。

「折疊連衣裙」——與三宅一生的合作

三宅一生設計的連衣裙，應用了折紙的纏卷模型（下圖提供：荻原教授，上圖攝影：山田慎二）

當然，日本也進行了各種各樣的研究與技術應用。例如，世界級時裝設計師三宅一生便和野島武敏合作，設計了「折疊連衣裙」。
設計作品中應用了野島教授發明的「纏卷模型」和「圓錐折疊模型」。這類模型是從牽牛花的蓓蕾呈螺旋狀開花的機制中獲得啟示而發明的。

事實上，對航空宇宙工程學和機械工程學的研究者們而言，貝、昆蟲翅膀以及向日葵果實的排列方式等自然界存在的折疊構造中，潛藏著許多意味深長的研究主題。2014年11月，《美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）》刊登了東京大學助教齊藤一哉的論文《昆蟲界「最難」的折疊，揭開隱翅蟲後翅藏匿法之謎》。這項研究如果能夠繼續深化，有望廣泛影響到工業產品的製造，大到人造衛星太陽能電池翼的展開結構，小到雨傘、扇子等日常用品。

從水果調酒罐到人工血管

「三浦折疊」（左）是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的三浦公亮名譽教授發明的折疊方法。將長方形順著對角線方向拉伸或擠壓就能瞬間實現關閉開合。應用在水果調酒上的鋁製「鑽石切割飲料罐」（右），也源於三浦教授的宇宙工程學研究

被應用於人造衛星太陽能電池翼的「三浦折疊」非常有名，而在我們日常生活中也不乏應用實例。比如，將被稱為吉村型（鑽石型）的折疊構造應用在水果調酒飲料罐表面。在打開飲料罐的那一瞬間，罐子表面會突然顯現出凹凸不平的鑽石圖案。想必很多人對此都很熟悉。

此外，像是輕而易舉就可壓扁的寶特瓶、輕便牢固的車身、家具，以及安全氣囊的折疊技術等等，我們的日常生活中隨處可以見到折紙技術的應用。

在建築領域，人們研究如何用木材和鋼板作為折疊材料建造立體建築物；在醫療領域，研究人員利用「海參折疊」來製造新型人工血管（支架），利用肺泡管折紙模型來幫助檢查肺部疾病等等，各種各樣的應用技術研究正在進行。

美國國家航空暨太空總署（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）與楊百翰大學（Brigham Young University）的研究者們正在進行了一項共同研究，應用折紙技術研發一種能夠伸展至折疊狀態10倍面積的太陽能電池板（圖片為試製品，提供：楊百翰大學／NASA）

東京大學助教舘知宏正在研究如何將折紙技術應用在建築上。圖為折疊式建築的設計案例（圖片提供：舘知宏）

致力於可大量生產的技術開發

如前所述，日本的折紙技術正在醫療、運輸、建築、太空產業等廣泛領域取得越來越多的關注，但據說得到實際應用並實現了大量生產的，還只有蜂窩狀芯材一種。

2014年11月，東京大學助教齊藤一哉成功地證實了新型蜂窩狀芯材的製造方法。以前的蜂窩狀芯材都是通過堆積重疊來擴展的，而這一次，齊藤僅用1張紙板，按照折紙的方式刻入划痕，製作出立體形狀。這項技術使得高強度、高剛性蜂窩狀芯材的製造變得不再困難，不僅降低了成本，一直被視為難題的曲面板的製造也成為可能。

「桁架夾芯板」上排列著許多三棱錐形狀的突起。它容易彎曲，能夠用模具沖壓成形，因此價格低廉且防火性能好（圖片提供：荻原教授）

而明治大學荻原教授的研究小組，則正在研發一種「桁架夾心板（Truss core panel）」（亦稱「鑽石夾芯板」）。這種板材也很容易彎曲，且防火性強。形狀相同的板材的凹凸面用夾心三明治的方式搭配組合後，其剛度大約是平板的7到8倍，而且成本僅為普通蜂窩構造板材的三分之一。目前正在研究其在太陽能板定日鏡、鋰電池充電器、列車地板構造等方面的應用。

荻原研究小組還致力於「折紙式3D印表機」的開發。這種印表機與普通的層積成型3D印表機的構思正好相反，是根據3D數據印出折紙展開圖。使用這種數據，那麼將來沒有昂貴的鑄模也能從事生產製造了。研究小組正在推進焊接機器人、折疊機器人這類工業機器人的開發。

折紙雖然根植於傳統，但是折紙工程學還是一個全新的研究領域。今後，包括日本在內的世界各國，將會採取哪些嶄新的嘗試，把折紙的構思和技術實際應用於工業生產領域呢？讓我們拭目以待。

（Nippon Communications Foundation編輯部根據2015年1月在明治大學研究與智慧財產權戰略機構尖端數理科學研究科的採訪整理編輯而成。標題圖片：明治大學荻原一郎教授，攝影：山田慎二）