科学家陈焱：用“折纸”破解国际难题

“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，陈焱一边给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。

偶然走进了折叠空间

“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。

抽空陪孩子做几何题

在陈焱的办公室里摆满了儿子和家人的照片，感觉她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。陈焱说：“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，我和合作者利用时差24 小时连轴转地写一本书，就是利用孩子不需要我的时间。最后，我们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。”