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《地球外少年少女》中折纸技术的现实考究

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IP属地:广东来自Android客户端1楼2022-06-16 19:37回复
    矶光雄监督作品中的科幻设定往往严谨且基于现实,在《地球外少年少女》中也不例外。其中最让人感兴趣的便是作品里基于航空工程学的折纸技术。本贴将介绍作品中出现的三种Origami模型


    IP属地:广东2楼2022-06-16 19:52
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      (1)克雷斯林模型(kresling model)
      本作最显眼的折纸模型没有之一,在电影中登矢和美衣奈、博士等人第一次见面的时候,登矢用来取自动贩卖机里的饮料的瓶子就是一个典型的克雷斯林折叠模型。
      在航空航天中,飞行器载荷尺寸增大时,质量明显增加。充气展开相比于传统展开具有明显的优势,于是充气圆筒模型就孕育而生。这其中kresling圆筒模型的压缩比和抗疲劳能力最强。 克雷斯林折叠属于圆筒折叠中的一种,由德国数学家 Biruta Kresling发明。这种模型是圆柱形薄壳壁体在扭转载荷下产生的自然形变,其变形展开能力取决于内部的压力(充气后内部的压强)。


      IP属地:广东3楼2022-06-16 21:32
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        IP属地:广东4楼2022-06-16 21:34
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          本作中将克雷斯林折叠应用于水瓶设计里,减少了不装水时水平的空间占用,是一种很好的思路。在现实中,其实已经有类似的商业产品了,只不过该模型,不是克雷斯林折叠,而是吉村模型(Yoshimura model),待会再详细论述


          IP属地:广东来自Android客户端5楼2022-06-16 21:43
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            克雷斯林折叠在现实航空技术中的应用研究很活跃,杨百翰大学柔顺机构研究中心的研究人员曾经对它进行疲劳测试,辐射测试等多种材料测试,发现某些材料(聚酰亚胺Kapton,特卫强Tyvek和超高分子量聚乙烯UHMWPE)制作的克雷斯林图案打开折叠10万次都不会坏,而且对严酷的环境也适应良好,比较轻巧,适用于太空的应用场景,未来或许可以替代火星车的钻头的金属折叠设备。
            在医疗器械方面,斯坦福大学赵芮可教授团队提出一种基于磁驱动Kresling折纸结构的微型爬行机器人,通过分布式磁化设计和磁场控制可以实现灵巧的导航,同时其各向异性和磁场可调的结构刚度特性保证了其有效的克服来自侧向的运动阻力,并通过狭窄空间定向送药的实验,展示了其未来医疗应用的潜力,相关研究成果以“Soft robotic origamicrawler”为题发表在《Science Advances》上,并被选为当期封面论文。


            IP属地:广东6楼2022-06-16 22:23
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              事实上,关于作品中折纸技术的应用设定在作品创作的中期应该就决定了,下图是矶光雄监督在2019年发的推特
              我们可以明显看到左图就是克里斯林折叠,而右下角的便是吉村折叠


              IP属地:广东7楼2022-06-16 22:51
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                回到kresling结构本身,这里提供一种实现方案的平面图(感兴趣的可以去翻翻图片里贴出的论文)

                还有kresling教授本人的示范


                IP属地:广东8楼2022-06-16 23:04
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                  楼主根据图纸做出来的模型


                  IP属地:广东9楼2022-06-16 23:22
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                    找到了一个很直观的动态图


                    IP属地:广东10楼2022-06-16 23:29
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                      有些细心的人可能已经发现了,本作中的克雷斯林模型和楼主根据图纸折叠出的图案有差别,具体来说是每一层结构的扭向不同,


                      事实上这两种都算是kresling折叠,只不过是不同的变体形式,下面我结合之前的一篇报道来详细论述


                      IP属地:广东11楼2022-06-16 23:43
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                        https://new.qq.com/omn/20220403/20220403A01EIZ00.html
                        在这篇对kresling折叠的送药机器人的报道中,有这么一段表述
                        (注意红色标注及图c的旋转箭头)
                        也就是说每层的结构要压缩是需要旋转的,但如果每层交替排布反相结构,那么最终宏观上要折叠,手部动作只需压缩而无需旋转。
                        楼主的实践也能证明这一点(注意看每层的走向)

                        然而我们在作品中可以发现
                        每层同向的结构竟然并不需要旋转(其实这种需旋转的设计更可以防误操作问题),这不得不说是科学技术担当顾问的失误w


                        IP属地:广东12楼2022-06-17 00:27
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                          度娘把我的外部链接接物表都吞了。。。。。。算了,等全文结束后再统一贴上


                          IP属地:广东来自Android客户端14楼2022-06-17 00:52
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                            早上更,吉村模型(Yoshimura model)


                            IP属地:广东来自Android客户端15楼2022-06-17 00:54
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                              佩服楼主的求知精神


                              IP属地:广东来自手机贴吧16楼2023-07-16 02:41
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