陈焱：把“纸”从书本“折”进应用

科技日报记者 陈 曦

“研究折纸的人，首先得长个‘立体’的脑袋……不做点好玩的模型，怎么把学生‘骗’来，等他们到了实验室，就知道没那么有趣了……”近日，在天津大学机械工程学院教授、博士生导师陈焱办公室里，她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国际难题，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了这一问题，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，向科技日报记者解释道：“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。我们可以利用折纸结构，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”学生

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，但我们必须耐得住，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个学生接力研究，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，更用在带学生上。

“做我的学生，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，“我曾发现一个学生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，仍无法解释那个怪现象，就让他一究到底。你可以想象，学生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”，她也希望把它们介绍给青年学者和学生。

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