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科技日报:陈焱: 把“纸”从理论“折”进应用
发布时间:2020-11-18    

《科技日报》(2020年11月17日 05版)

陈焱在先容厚板模型 陈焱供图

“研究折纸的人,首先得长个‘立体’的脑袋……不做点好玩的模型,怎么把金沙4166官网登录‘骗’来,等他们到了实验室,就知道没那么有趣了……”近日,在4166.com机械工程4166金沙澳门网娱乐教授、博士生导师陈焱办公室里,陈焱一边给科技日报记者展示酷炫的折纸结构,一边开玩笑,爽朗的笑声响彻整个房间。

这位风趣的女教授,做的研究也同样有趣,一门新兴的前沿科学——折纸科学。通过折叠或者展开,让纸张的结构、形状、体积或表面积发生改变,从而使其能实现更多的功能。2015年,陈焱提出了全新的厚板折纸理论模型,完成了从零到一的理论创新,破解了厚板结构难以折叠这个困扰科学界和工程界五十余年的金沙4166官网登录难题,把折纸科学从理论“折”进了工程应用。

最近,陈焱迎来了自己的“丰收季”。在日前发布的第十六届中国青年科技奖、第二届“科学探索奖”两项大奖的获奖名单中,她都榜上有名。

“稀里糊涂”走进折叠空间

“我本、硕阶段的专业都是力学,等到了牛津大学读博时,我学的是土木工程专业,导师选的研究方向是可展开结构,于是我就‘稀里糊涂’研究起了机构和折展结构。” 说起最初入行,陈焱觉得有点小庆幸,“不过我之后的经历没有什么特殊的,就是很幸运有机会一直在做自己感兴趣的事情。”

被陈焱寥寥数语带过的,是了不起的科研成果。

其他学科的学者在研究折纸时,通常假设纸张是零厚度的;但在真实的工程中,纸张的厚度是不能被忽略的,这一厚度会造成结构紧密折叠的困难。已有理论无法有效解决这一问题,于是陈焱另辟蹊径,用空间机构代替球面机构,建立了全新的理论模型,从根本上解决了厚板折纸的难题。

“折纸是一类结构,大大小小的工程中都可以应用到它。”谈起折纸的应用,陈焱侃侃而谈,“比如航天卫星中的天线,其直径越大,功能就越强,但是如何把几十米甚至上百米长的天线折到最小,再放到直径只有4.5米的火箭整流罩内,是航天展开结构设计的一个关键问题。”

解决了厚板折纸难题的陈焱并不满足于已有成绩,她常对年轻的研究者们说“要勇于跳出自己的学术舒适区”。她是这样说的,也是这样做的。

2018年,陈焱开始带领团队开垦一块“荒地”——研究具有大变形能力和超常物理性能的结构材料。

这项研究有什么用呢?

陈焱以飞行员的安全带为例,向科技日报记者说明道:“当飞机加速度非常大时,安全带就会因为受力而变得非常细,安全性和舒适性都会变差。大家可以利用折纸结构,改变安全带整体结构中的材料分布,提升它的舒适度。”

较真导师“害苦”金沙4166官网登录

在陈焱办公室的书柜里,摆放着各式折纸模型,这些“玩具”几乎占了一半的空间。

“我喜欢由兴趣驱动的、纯粹的研究,一旦脑子里冒出了灵感,我一定要想办法去实现或者验证它们,而这些玩具曾给我很多启发。”陈焱说,“从冒出一个灵感,到建构初始模型,这个过程是很快的,而且是充满快乐。不过,这个过程只占整个研究工作的10%到20%,剩下大量的工作是枯燥的公式推导和理论整理。这个过程还是挺折磨人的,但大家必须耐得住,一丝不苟地完成每项工作。”

陈焱曾领导完成过一个有关可展多面体的课题,总共耗时9年,从2010年到2018年,前后3个金沙4166官网登录接力研究,终才得以完成。

如今回想起来,陈焱觉得,就算费时再久,也是值得的。“科学容不得马虎,研究更容不得半点马虎。”她说。

这份认真,陈焱用在科研上,更用在带金沙4166官网登录上。

“做我的金沙4166官网登录,挺‘痛苦’的。我不仅要求他们给我一个结果,中间过程我也要他们清楚呈现,我对他们是全流程‘较真’。”陈焱笑着讲了一个趣事,“我曾发现一个金沙4166官网登录在计算时用错了理论公式,我就让他用别的方法重新推导。结果,他用数值方法,不但没找到正确的公式,还发现了一个以前从未遇到的怪现象,于是不得不再换一个方法。很快,他找到了正确的公式,以为‘完事大吉’,却没想到我让他继续解这个题。因为我发现这个新方法,仍无法说明那个怪现象,就让他一究到底。你可以想象,金沙4166官网登录当时欲哭无泪的心情。”

陈焱曾写过一篇文章《给“理想”建一个朋友圈》,在她“理想”的朋友圈里,有四位“好朋友”——“赤子之心”“兴趣激情”“踏实合作”“责任使命”。陈焱说,这是她的四位“老友”,她也希翼把它们先容给青年学者和金沙4166官网登录。

题外话

科技日报记者:您的办公室里摆满了儿子和家人的照片,感觉您是一位很重视家庭的人。其实,女性从事科研工作,要面对的困难比男性多,比如会面临生育的问题,您是如何平衡这两方面的?

陈焱:其实,只要提高工作效率,把时间分配好了,完全可以鱼与熊掌兼得。孩子小的时候,我在新加坡工作,基本上孩子去幼儿园和睡觉的时间,我在工作,其他时间我都在陪孩子。我印象最深的,是孩子两岁的时候,我和合编辑利用时差24小时连轴转的写一本书,就是利用孩子不需要我的时间。最后,大家只用了半年多就写完了这本书。

而且我做的大部分事情,都不会拖到最后,对常规工作的安排有一个合理的预判,并尽量提前完成。因此很少出现紧急情况,导致没有时间陪伴孩子。

陪孩子玩,我觉得非常开心,完全不觉得累。现在儿子已经14岁了,我平时还会抽空做做他的几何题。儿子如果发现我找到了更简便的解题方法,就会主动找我切磋切磋。

科技日报记者:您曾经参与湖南卫视综艺节目《天天向上》的录制,当时是什么情况?

陈焱:这是一个非常特殊的经历。我其实平时是不看电视的,也不知道《天天向上》是一个什么样的节目。当时学校找到我、希翼我参与节目录制的时候,起初我直接就婉拒了。后来学校领导和我说,这是学校重要的招生宣传。于是,我就当作工作任务答应了,才有机会给电视观众科普了一下各种各样的折纸结构,并且见识了电视台节目有趣而辛苦的录制过程。

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(编辑 刘晓艳 李杰奕)

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