折纸科学从理论走进应用
- 发布时间：2015-08-02 14:30:32 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
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科技日报讯 （通讯员刘晓艳 记者冯国梧）天津大学陈焱教授有关折纸科学的研究成果近日被《科学》杂志发表，这意味着厚板折展机构学理论在折纸工程应用领域有了重要突破。
折纸是一项古老的东方艺术，也是一门新兴的前沿科学，处于数学、机械、力学、材料、控制、生物、医学等多个基础学科的交叉领域，艺术家创造了丰富的折纸结构；数学家致力于二维折痕分布与三维折纸结构之间的映射算法的研究；而现代工程师则想方设法实现折纸结构在工程中的各种应用。
折纸科学中重要的基础科学问题之一就是折纸的运动学模型，早期的研究仅仅关注折痕分布及其最终的三维形状，并假设纸张是零厚度的。然而面对真实工程对象厚度是不可忽略的问题，已有的理论不再适用。那么如何像折纸一样折叠厚板呢？天津大学陈焱教授与英国牛津大学由衷教授合作，成功地解决了这一问题。其从空间机构运动学的基础理论出发，提出了厚板折纸理论模型。该新模型用空间机构代替球面机构，得到单自由度的厚板折纸条件，使得已有的具有大折展比的折痕分布可以直接应用于厚板折叠；通过对厚板模型中多机构网格运动学分析，精确地描述厚板的折叠过程，完美实现了折纸结构与厚板结构运动学的等价。同时该模型将多自由度的零厚度折纸模型转化成单自由度的厚板折纸模型，有效地简化了结构的驱动与控制。这项工作突破了折纸科学从理论到应用的主要瓶颈，为折纸结构工程应用铺平了道路，可直接用于建筑结构、太阳能帆板、空间天线反射面等大型面状结构设计，以及人体自然腔道狭小空间下手术器械运动机构设计等方面。
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