新知|小小一张纸，折出大奇迹！玩跨界，折纸才是“扛把子”

于梅君

主笔：于梅君

折纸，是很多人的童年回忆。千纸鹤、纸飞机……一张普通的纸，一折、一压、一翻，多变的造型，装点着纯真的童年。其实折纸不仅仅是玩具，当古老的折纸艺术与自然科学结合在一起时，将“折叠”出无限的可能。

太空“变形记”：折纸艺术叩响宇宙之门

你知道吗？小时候玩的折纸，如今竟成为解锁航天难题的金钥匙！

随着航天任务日益复杂，卫星和空间站需要更大尺寸的太阳能板和通信天线。然而，火箭的运载空间却十分有限。如何将“大身材”的设备塞进“小车厢”？折纸艺术给出了完美答案。

在中国航天征程中，折纸技术已多次大显身手。比如，嫦娥四号月球探测器的中继卫星“鹊桥”，携带了一副展开后口径近5米的伞状天线，而它所搭乘的火箭直径仅3.35米。这把“大伞”是如何装进“小车厢”的呢？靠的正是折纸的折叠原理。当“鹊桥”与火箭分离后，天线在太空中徐徐展开，为嫦娥四号架起了与地球的“通信桥梁”。

2019年，我国发射的“天帆一号”太阳帆，更是将折纸技术的应用推向了新高度。它巧妙地融合了包括Z字折法在内的多种“折纸大法”。其中，Z字折法让太阳帆上的四根棱边能够像豌豆荚一样，平稳地带动整个帆面展开；而国际上广泛采用的“三浦折叠法”，则展现出极高效率——只需单方向拉伸，整个结构便会自动展平，反向一推又能迅速缩小体积，其空间利用率极高。

当然，现实挑战从未停止。高精度天线必须使用厚板材料，传统折纸方法对此束手无策——因为厚板折叠时会互相“纠缠”，卡在一起。

这个难题困扰了全球工程界60多年，直到我国科学家创新提出“厚板折纸”理论，才实现突破。他们借鉴空间机构的设计思路，让厚板也能紧密、平整地折叠。如今，即便是复杂的曲面结构和立体厚板，都能被巧妙“折”起，送上太空。这为未来大型空间结构在轨构建、乃至月球基地的建设，铺平了道路。

放眼全球，太空折纸技术同样日新月异。2025年，美国杨百翰大学的研究团队带来了名为“绽放模式”的智能折纸技术。它让一个平坦的圆盘，能在太空中如花朵绽放般，自动、流畅地展开成一个碗状的立体结构。这种新技术实现了“一键展开”，未来有望应用于制造更先进的太空望远镜镜头，让人类的“宇宙之眼”看得更远、更清晰。

从天空到建筑：折纸智慧融入日常生活

把目光从遥远的太空收回到我们身边，你会发现折纸的智慧早已融入生活的每一个角落。

科学家仔细观察老鹰飞行时翅膀形态的灵活变化，从中获得灵感，研发出神奇的“折叠机翼技术”。飞机在起飞、巡航或降落时，能够自动调整机翼形状，从而获得最佳的飞行性能。

未来，随着高超音速飞行器的发展，折纸技术还将助力设计出能连续变形的“变形飞行器”，它们将如同太空中的精灵，在高速飞行中自由变换形态，突破传统飞行器的性能极限。

除了航空航天，折纸技术还广泛应用在建筑领域。你见过能自动开合的体育场屋顶吗？建筑师独具匠心，将折纸元素巧妙运用于大型场馆设计中。屋顶可以根据天气情况灵活展开或闭合，即使在雨天、雪天，也能确保比赛顺利进行。一些建筑的外立面也采用了折纸结构，通过调节板块角度，实现智能遮阳与自然通风，营造出舒适宜人的室内环境。

阿联酋的阿尔巴哈塔建筑便是折纸建筑中的杰出代表。这座建筑的外立面由许多可调节的板块组成，这些板块如同折纸一般，能够根据阳光的角度和强度自动调整角度。在炎热的白天，板块会紧密闭合，阻挡阳光直射，减少室内热量吸收；而在凉爽的夜晚，板块则会适当展开，促进室内外空气流通，降低空调使用频率。据统计，这种设计使得该建筑的空调能耗降低了30%以上。

微型机器人：身体里的“小医生”

当折纸技术步入微观世界，它正化身为一位位灵巧的“体内医生”，为人类健康带来革命性的希望。

千纸鹤也能自动折叠？并且比你的发丝直径还小？这不是科幻，而是中国学者刘清坤联合多位科学家实现的科研成果，他们联手打造出世界上最小的千纸鹤——“微纳米折纸鹤”。

这只千纸鹤大小只有几十微米，即使世界上最顶级的折纸大师，也不可能徒手或者用镊子折得这么小。其中的秘诀，正是让千纸鹤 “自我折叠”：只需施加 1V 的电压，在不到一秒时间内，它就会自动从平面折叠成千纸鹤。

它代表着未来微纳机器人的发展方向——或许有一天，这些微纳机器人能够在我们的血管中自由游动，像精准的“快递员”一样，将药物准确送达病变部位，为人类健康带来新希望。

“DNA折纸”技术更是展现出惊人的创造力。最近，悉尼大学的科学家像搭“分子乐高”一样，用DNA造出一批可以编程的纳米机器人，未来可能在精准送药、智能材料等方面发挥重要作用。

什么是DNA折纸技术？简单来说，就像我们按照说明书，把一张纸折成天鹅或小船，科学家也可以通过设计，让DNA分子自动折叠成各种微小的立体结构。这次，研究团队就制作了50多种纳米尺寸的形状，比如一只萌萌的“纳米恐龙”、一个会动的“跳舞机器人”，甚至一幅宽度只有一根头发丝千分之一的澳大利亚地图！

这项技术的关键，在于他们发明了一种模块化的“纳米积木”。就像用乐高拼出复杂模型一样，这些DNA“积木”可以按需组合，快速搭建出各种三维结构。

这些“积木”是怎么准确拼接在一起的呢？科学家在它们表面设计了一些特殊的DNA连接点，就像不同颜色的魔术贴——只有颜色匹配时才能粘在一起。这样一来，就能确保每个“积木”都安装在正确位置，分毫不差。

这项技术最令人期待的应用之一，是制造能够精准送药的纳米机器人。未来我们可以设计出能识别病变细胞的DNA“小车”，把药物直接运到需要的地方再释放，让治疗变得更安全、更高效。

超材料：会听指令的智能“变形金刚”

如果把成千上万个微型折纸单元巧妙组合在一起，会形成什么？这就引出一个充满神奇色彩的领域——“超材料”。

想象一下：有一种材料，你无需触碰，只需在远处发个指令，它就能自己膨胀、变形、移动，就像被施了魔法一样。这不是科幻电影，而是美国普林斯顿大学团队的最新成果，他们发明了一种神奇的“超材料”，模糊了机器与材料的界限。

这种材料的神奇之处在于，它内部没有马达、没有齿轮，却能像微型机器人一样活动。它的秘密藏在两个地方：一是古老折纸艺术的启发，二是现代电磁的精准控制。

研究人员通过施加不同的磁场，就像在远处挥舞一枚无形的指挥棒，可以轻松地让这些基础单元统一行动。当成千上万个单元同步扭曲或收缩时，整个材料就呈现出宏观上的大变形——它能膨胀、移动，甚至抓取东西，科学家给它起了个酷炫的名字——“元机器人”。

这种能随意变形的材料，打开了许多领域的大门。医疗方面，未来或可制造出微小的“药物运输船”，在磁场引导下，将药物精准送达病灶。智能穿戴方面，它能根据环境或体温自动调整结构，成为一件“有生命”的智能衣服。

在超材料这个前沿领域，中国科学家也做出世界瞩目的贡献。例如，浙江大学团队就曾开发出像“孙悟空金箍棒”一样能大幅压缩和恢复的超材料。

从2000多年前的传统手工艺，到近年来在科技领域的重大突破，折纸正以无尽的潜力，在各个领域绽放出耀眼光芒。无论是飞向深邃的太空，还是深入人体的微观世界，只要我们用心去“折叠”，就能创造出一个又一个令人惊叹的奇迹。

知多一点

一张纸，为什么连折8次都难如登天？

你试过把一张A4纸反复对折吗？无论你多努力，到第7次或第8次时，它就会变成一块硬邦邦的“小砖头”，再也折不动了。这背后，是一场数学理想与物理定律的精彩对决。

折纸的“指数爆炸”

理论上讲，纸张的折叠遵循着一个简单的数学规律——每折一次，厚度翻倍。这种“指数增长”的威力，初期并不起眼，但后期却足以颠覆我们的认知。

我们用一张厚度约0.1毫米的A4纸来推演：

对折7次，厚度约为1.28厘米，接近一枚硬币的直径。对折14次，厚度约为1.64米，超过了一个成年人的身高。对折23次，厚度约839米，轻松超越828米高的迪拜哈利法塔。对折42次，厚度将达到约44万公里，超过地球到月球的平均距离（约38万公里）！

为什么我们输给了物理？

既然数学上如此强大，为何我们现实中却屡屡败给第8次折叠？答案在于三大规则的限制。

力的规则——越折越“刚”：折叠后期，纸张尺寸急剧变小，你能用上力的“力臂”也越来越短。同时，厚厚的纸层刚度变得极大，像一根短粗的木棍，需要巨大的力量才能掰弯。

材料的规则——空间与拉力的极限：折叠会使外层纸张被剧烈拉伸。当拉伸程度超过纸张本身的抗拉极限时，它就会直接破裂。这就是为什么更薄、更软的卫生纸或丝绸，通常可以比A4纸多折一两次。

尺寸的规则——“大”才是王道：要突破极限，最有效的方法是使用更大、更薄的材料。2002年，一位美国学生用一张特制的长纸条成功对折12次，创下吉尼斯纪录。后来更有团队用4公里长的卫生纸冲击13次折叠，甚至动用压路机来辅助完成11次折叠。

一张薄纸，在数学推演中能触及宇宙边界，在现实规则下却难以逾越8次折叠。这个小小的挑战，让我们直观感受到了指数增长的磅礴之力，也深刻体会到物理法则为世界划下的坚实边界。

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