■最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

　　科技日報訊 （通訊員劉曉艷 記者馮國梧）天津大學(xué)陳焱教授有關(guān)折紙科學(xué)的研究成果近日被《科學(xué)》雜志發(fā)表，這意味著厚板折展機(jī)構(gòu)學(xué)理論在折紙工程應(yīng)用領(lǐng)域有了重要突破。

　　折紙是一項古老的東方藝術(shù)，也是一門新興的前沿科學(xué)，處于數(shù)學(xué)、機(jī)械、力學(xué)、材料、控制、生物、醫(yī)學(xué)等多個基礎(chǔ)學(xué)科的交叉領(lǐng)域，藝術(shù)家創(chuàng)造了豐富的折紙結(jié)構(gòu)；數(shù)學(xué)家致力于二維折痕分布與三維折紙結(jié)構(gòu)之間的映射算法的研究；而現(xiàn)代工程師則想方設(shè)法實現(xiàn)折紙結(jié)構(gòu)在工程中的各種應(yīng)用。

　　折紙科學(xué)中重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題之一就是折紙的運動學(xué)模型，早期的研究僅僅關(guān)注折痕分布及其最終的三維形狀，并假設(shè)紙張是零厚度的。然而面對真實工程對象厚度是不可忽略的問題，已有的理論不再適用。那么如何像折紙一樣折疊厚板呢？天津大學(xué)陳焱教授與英國牛津大學(xué)由衷教授合作，成功地解決了這一問題。其從空間機(jī)構(gòu)運動學(xué)的基礎(chǔ)理論出發(fā)，提出了厚板折紙理論模型。該新模型用空間機(jī)構(gòu)代替球面機(jī)構(gòu)，得到單自由度的厚板折紙條件，使得已有的具有大折展比的折痕分布可以直接應(yīng)用于厚板折疊；通過對厚板模型中多機(jī)構(gòu)網(wǎng)格運動學(xué)分析，精確地描述厚板的折疊過程，完美實現(xiàn)了折紙結(jié)構(gòu)與厚板結(jié)構(gòu)運動學(xué)的等價。同時該模型將多自由度的零厚度折紙模型轉(zhuǎn)化成單自由度的厚板折紙模型，有效地簡化了結(jié)構(gòu)的驅(qū)動與控制。這項工作突破了折紙科學(xué)從理論到應(yīng)用的主要瓶頸，為折紙結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用鋪平了道路，可直接用于建筑結(jié)構(gòu)、太陽能帆板、空間天線反射面等大型面狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及人體自然腔道狹小空間下手術(shù)器械運動機(jī)構(gòu)設(shè)計等方面。