Papirleg bag fremtidens teknologi

Denne trehovede hund er foldet af Satoshi Kamiya, der er kendt som verdens mest avancerede origami-mester. Nogle af hans mest komplekse værker tager ham op mod en måned at folde. (Foto: Brian Chan)

Folder man et stykke papir på den rette måde, kan man skabe alt fra en papirsflyver over en geometrisk figur til en livagtig, trehovedet hund.

Det har fingernemme udøvere af den traditionelle japanske papirkunst origami vidst i århundreder.

Men det er nok de færreste, der er klar over, at teknikker fra papirfoldning kan hjælpe med at kurere livstruende sygdomme og opfinde højteknologiske apparater, der kan skifte form alt efter behov.

»Det viser sig, at foldninger findes overalt i videnskab, og alt det, som vi har studeret inden for papirfoldning, kan bruges til at designe mere praktisk anvendelige foldninger« forklarer den canadiske professor Erik Demaine fra Massachusetts Institute of Technology, der sidste uge besøgte IT Universitetet i København i forbindelse med den europæiske algoritme-konference ALGO 2009. (Se video i bunden af artiklen.)

Foldede papir for sjov

Han var inviteret til at holde foredrag, fordi han er lidt af en stjerne i matematikkens verden, på trods af at han aldrig har siddet på den almindelige skolebænk og egentlig virker som lidt af et legebarn, der bare synes matematik er sjovt.

VIDSTE DU

Ordet origami er japansk. 'Oru' betyder foldning, mens 'kami' betyder papir. Papirfoldning er en ældgammel kunstart, men de seneste 25 år er den komplekse origami blevet revolutioneret. Det siges, at stort set alt kan foldes ud af et kvadratisk stykke papir - uden brug af lim eller saks.

Som ung knægt rejste han rundt i Nordamerika med sin far, glaskunstneren Martin Demaine, der selv underviste sønnen derhjemme.

Via computerspil var Erik i en alder af 12 blevet så betaget af programmering og matematik, at han fik lov til at tage timer på Dalhousie University i Halifax, Canada, hvorfra han allerede som 14-årig tog sin bachelor.

Kort efter blev det matematiske vidunderbarn introduceret til papirfoldning, men dengang anede han ikke, at foldekunsten rummer matematiske værktøjer, som videnskaben kan lære af.

»Det var noget af en overraskelse. Jeg var oprindeligt motiveret, bare fordi det var sjovt, og fordi det fra den kunstneriske side virkede fedt at designe ny origami ved hjælp af algoritmer,« fortæller Erik Demaine.

»Men så blev folk ved med at komme til mig og sagde 'vi vil gerne bygge en solfanger i rummet, der er så stor, at den ikke kan være inde i rumskibet. Hvordan folder vi den ned i en størrelse, så den passer til rumskibet, og så vi kan folde den ud igen, når den er ude i rummet?' eller 'vi har de her proteiner...',« siger den nu 28 år gamle Demaine.

En af udfordringerne for de matematiske origami-entusiaster er at finde den optimale algoritme eller folde-opskrift, så skulpturerne kan udnytte papiret effektivt og blive så store som muligt. På billedet her ses en papir-søhest. (Foto: Archivaldo)

Origami kan redde menneskeliv

Og selvom snakken om proteiner virker fjernt fra det at folde skulpturer af papir, så er der en ganske fornuftig grund til, hvorfor forskere med speciale i proteiner interesserer sig for origami. Proteiner minder nemlig på en måde om et fladt stykke papir - bare i form af en kæde, forklarer Demaine.

Proteinkæden folder sig selv inde i kroppen til en helt særlig 3D-struktur efter en bestemt opskrift - eller algoritme, som datalogen udtrykker det. Og denne sammenfoldede struktur er afgørende for proteinets egenskaber.

»Hvordan et protein interagerer med bestemte miljøer afhænger i høj grad af den form, det er i - hvilke ting det vil støde ind i, hvordan det vil støde ind i det, hvad det vil hænge fast på, og hvad det bliver frastødt af. Så proteinets form dikterer grundlæggende, hvad proteinet gør,« siger Demaine.

Men selvom videnskaben ved en masse om proteiners bestanddele og funktion i kroppen, så forstår ingen helt præcist fremgangsmåden for, hvordan proteinerne krøller sig sammen.

Her kommer Demaines viden om foldning af papir ind i billedet. Han og forskerne tror nemlig på, at teknikkerne fra origami kan bruges til at afdække den folde-opskrift, som biologien bruger til at folde proteiner.

»Hvis vi kunne forstå den og for eksempel lave vores egne proteiner, der foldes til en bestemt form, som vi vil have, så kunne vi designe et stof, der angriber en virus - f.eks. hiv - uden at skade kroppen. Jo bedre vi forstår foldeprocessen, og hvordan man kan lave en 3D-form ud fra en proteinkæde, desto bedre kan vi lave medicin til at bekæmpe sygdomme,« fortæller Demaine.

Tag på sejltur i dit telt

Og papirfoldning kan i det hele taget inspirere til at give fremtidens teknologi en ny dimension. Under sit foredrag på IT Universitetet viste Demaine billeder af en flad robot, der kunne foldes og skifte form, og teknikken kan i fremtiden overføres til et hav af apparater, mener han.

»Man kan forestille sig en solfanger i form af en programmerbar flade, der kan tilpasse sig solens position og fokusere energien på et punkt, så man kan skabe mere effektiv solenergi,« siger Demaine og fortsætter med at spytte idéer ud:

Udvikling af robotter som denne, der kan folde sig selv, er en af Erik Demaines store projekter. Teknologien bag kan i fremtiden bruges til at skabe produkter, der kan ændre form, så et apparat kan forvandles til et andet efter behov. (Foto: MIT Distributed Robotics Laboratory and Harvard Microrobotics Laboratory)

»Man kan forestille sig det virkelig fede apparat, der er en mobiltelefon, der transformerer sig til et videokamera, der transformerer sig til en lydoptager. Når man kan skifte form, kan man forestille sig helt nye apparater. Måske et slags universelt apparat, der kan lave hvad som helst,« spår han.

Demaine synes, at et interessant perspektiv er, at det er mere effektivt at genbruge det samme materiale til en lang række ting. Både hvis man selv skal folde tingene, men det ville især være »cool«, hvis tingene fungerede som en robot og kunne folde sig selv automatisk.

Han forestiller sig, at fremtidens campister for eksempel vil få et noget lettere liv med et universelt apparat, der kan foldes og omformes.

»Hvis man tager på campingtur, kan man bygge et telt. Teltet kan så tilpasse sin form til vinden eller gøres større, hvis en ny person kommer ind. Og når man er færdig, kan man lave teltet om til en båd, så man kan tage en tur ud på vandet,« siger Demaine om sine fremtidsdrømme.

Men før proteiner kan foldes af mennesker, eller telte kan omformes til både, skal der fortsat leges en del med matematikken bag den gamle japanske foldekunst.

At forvandle et fladt stykke papir til en hyperbolsk paraboloide, der er en kendt konstruktionsform inden for arkitektur, er dog pærelet for den kunstneriske datalog, hvilket han - som man kan se på videoen nedenfor - demonstrerede for videnskab.dk under algoritme-konferencen på IT Universitetet:

 

Links
Erik Demaines hjemmeside Dansk hjemmeside om papirfoldning Læs også på videnskab.dk: Forskere folder dna til små medicinbokse Papir er stærkere end jern Musik i mange dimensioner Fremtidens robotter tænker med kroppen Danske forskere arbejder på vaccine mod hiv

 

Om Erik Demaine  Erik Demaine blev født den 28. februar 1981 i Halifax, Nova Scotia i Canada, og han har både canadisk og amerikansk statsborgerskab. Som barn rejste han rundt i Nordamerika med sin far Martin Demaine, der arbejdede som glaspuster. Faren underviste selv Erik i hjemmet, og sammen startede de et firma, der solgte puslespil, da Erik var blot seks år gammel.  Erik Demaine spillede meget computerspil, hvilket gav ham en interesse for computerprogrammering og den bagvedliggende matematik. Interessen blev så stor, at ledelsen på Dalhousie University i Halifax gav ham lov til at følge undervisningen i datalogi og matematik, da han endnu kun var 12 år gammel. Det satte gang i en lynkarriere i uddannelsessystemet, hvor han først tog sin bachelor som 14-årig og siden en prisvindende ph.d. grad som 20-årig, hvorefter han blev ansat som den yngste professor nogensinde på Massachusett's Institute of Technology, hvor han stadig arbejder - blandt andet med sin far under sig. Siden da har Erik Demaine været medforfatter til over 200 bøger og artikler om computervidenskab og matematik især forbundet med algoritmer. Han ynder at undersøge kunsten i matematikken og matematikken i kunsten, og blandt hans interesser er papirfoldning, glaspusteri, magi, skuespil og jonglering.