太空探索的摺紙藝術

本科生羅伯特·薩拉查正在運用他的摺紙專業知識,幫助美國國家航空航天局為月球基地建立可展開的太陽能反射器 

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羅伯特·薩拉查認為:“如果你從藝術和科學的角度研究自然,同時精通你的媒介,你可以讓你的藝術追求催生工程應用,讓你的工程追求催生藝術作品。”

薩拉查是藝術與科學之間完美平衡的專家。作為摺紙大師和環境研究專業的學生,他能夠運用他的藝術和科學技能,在美國國家航空航天局噴氣推進實驗室(JPL)的一個專案中建造太陽能反射器。薩拉查付出了巨大的努力:在上了五所不同的高中並失去家園之後,他設法透過找到讓他的藝術努力應用於令人印象深刻的工程追求的方法來實現他的夢想。他在他的網站上記錄了他所有的探索,我們也很幸運能在這裡和他聊聊他的故事。檢視下面的對話,為了清晰起見,對話已經過編輯。

特里·伯恩斯:請告訴我你的背景,你在學校學習什麼,以及你的一些興趣。


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羅伯特·薩拉查:在轉學到加州大學聖巴巴拉分校(UCSB)攻讀物理專業之前,我獲得了副學士學位,之後我轉為環境研究專業,輔修哲學。

在學校裡,我抓住機會去了解世界各地正在發生的環境和人與人之間的事情,以及我們對世界的理解加上我們的行為如何帶來免於環境退化和非自願痛苦或其他情況的自由。我非常有興趣進一步發展我用來解決這些問題的框架,並在網路環境中識別相關的定理。

此外,我努力進一步發展日本古代摺紙藝術,使其成為一種強大的表達媒介,能夠激發社會變革,走向環境可持續性和和平。我花了17年時間摺疊摺紙,8年時間嚴謹地設計它們。我摺疊的所有東西都是用一張未切割的紙張進行原創設計的。我的學習課程非常適合摺紙設計,其目標是在許多相互關聯且幾何相關的摺疊特徵之間建立和諧,並佔用有限的紙張。在摺紙中,這些關係可以被轉換,但它們永遠不能被剪刀剪斷,也不能新增紙張。

特里·伯恩斯:請告訴我你現在作為JPL實習生所做的工作。

羅伯特·薩拉查:在JPL,我目前正在為“月球極端環境變形金剛”專案開發大型摺紙可展開太陽能反射器。該專案的任務是照亮月球南極沙克爾頓隕石坑內部永久陰影區域。雖然沙克爾頓隕石坑的邊緣幾乎全年都沐浴在陽光下,但其內部已在黑暗中存在數十億年,使其溫度冷卻至約90K(約-300°F),這個溫度非常適合捕獲來自附近彗星撞擊的冰冷碎片。太陽能反射器將成對安裝在隕石坑邊緣的支撐結構上,並將跟蹤太陽,以照亮併為位於下方約10公里處的感興趣區域的機器人探測器供電。

在這個專案中,我設計太陽能反射器及其展開機構。我使用有限元分析和模擬來確定哪些材料可以使反射器在張力下非常平坦地展開,偏差在1毫米/米以內,並在持續的太陽輻射和極端溫度下執行多年,同時保持>95%的定向反射率。然後,我編寫演算法來設計摺紙摺痕圖案,使太陽能反射器能夠從體積約1立方米、重量約100公斤的包裹中展開到自由女神像的大小。

特里·伯恩斯:你的背景故事是什麼?你是如何走到今天的?

羅伯特·薩拉查:我高中畢業時遇到了困難。我上過五所高中,在那段時間裡失去了兩次房子。後來,我的第一個研究暑期是在加州大學聖巴巴拉分校,在那裡我發現了納米結構薄金屬薄膜中的光聲效應。這一發現最終促成了光聲相控陣的誕生,以及一種更便宜的超高頻超聲生產替代方案。接下來的夏天,我在JPL開發用於冷卻太空望遠鏡上的X射線探測器的熱電材料。

2015年夏天,我作為實習生回到JPL,參與星罩專案[一種自由飛行的航天器,可以阻擋遙遠恆星的眩光,以便獨立的太空望遠鏡可以看到其更暗淡的行星]。我的任務是開發一種摺痕圖案,使星罩的略微錐形的光學遮蔽罩能夠收納成一個明確的體積,並在整個展開過程中與其機械桁架形成完美的光密封。這項挑戰要求我編寫一個演算法,該演算法可以設計一個摺痕圖案,以適應其給定的收納要求、邊界條件和材料厚度。我在星罩專案上的成功使我在第二年夏天得以參與變形金剛專案。

特里·伯恩斯:你是如何對太陽能反射器產生特別的興趣的,它們為什麼重要?

羅伯特·薩拉查:可再生能源的優勢和變形金剛專案的使命讓我對開發太陽能反射器產生了興趣。它們產生和重定向能量、催化化學反應、推進航天器以及從小型輕便的包裹部署到大型表面積的能力進一步鞏固了我的興趣。它們傳統上的低成本、簡單性以及對豐富但分散的能源的依賴,使它們成為一項有吸引力的技術。

特里·伯恩斯:你職業生涯想做什麼?你認為10年後自己會在哪裡?

羅伯特·薩拉查:我計劃繼續留在JPL,迎接未來摺紙藝術的挑戰,並繼續將我的公司Orisun建設成為一家能夠為因戰爭、氣候變化和自然災害而流離失所的人們提供行動式摺紙可展開太陽能聚光器用於海水淡化、水淨化、雨水收集、能源發電、大氣水生成和太陽能烹飪的公司。我還將繼續將摺紙發展成為一種強大的媒介,它非常熟悉各種各樣的互動材料,可用於藝術表達和工程。

特里·伯恩斯:在你的研究領域,你希望有一天看到什麼發生?

羅伯特·薩拉查:正如一張紙的每個表面單元都會產生摺紙的所有摺疊特徵一樣,能量和物質也會產生我們參與的系統。

我希望看到考慮到下游生命週期的技術興起。我希望看到結束將材料和能量標記為廢物的做法,因為每種材料和能量都有其獨特的潛力成為新的東西或做“有用的”工作。在任何能量和物質守恆的有限系統中,你幾乎可以肯定能量在流動,物質在變化。一切結束的事物都在孕育著新的事物。如果我們能夠開發一個世界,讓我們在我們製造的每件東西的整個生命週期中都能找到效用,我們就可以實現可持續發展,正如大自然向我們展示的那樣,我們可以做到。

特里·伯恩斯:對於可能對從事你所做的工作感興趣的其他學生,你有什麼建議?

羅伯特·薩拉查:好好了解世界上的問題。你永遠不知道你製作或發現的東西對於許多其他用途來說會有多麼有價值。

如果你從藝術和科學的角度研究自然,同時精通你的媒介,你可以讓你的藝術追求催生工程應用,讓你的工程追求催生藝術作品。一起追求它們,可以將你的設計和你的媒介帶到非常有趣的地方。

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