🇯🇵 Hikaru Kuribayashi

栗林光是日本北部岛屿北海道札幌开成中等学校的学生,当时他着手解决现代工程中一个沉寂已久的难题:以数学精确性理解折叠结构的行为。

折纸是日本的文化遗产,但在二十一世纪它已成为严肃的工程学科。用于航天器的可折叠太阳能阵列、可收缩医疗支架、可展开避难所、可打包机器人——都借鉴了折纸的核心技巧:将大型结构折叠成小型,并按需可靠地展开。

问题在于折叠结构在数学上极为棘手。一张有许多折痕的纸片可以以无数种方式运动,预测复杂折叠图案的每一种可能运动一直抵制简洁的计算处理。工程师往往只有在实际制造时才能发现设计的失效模式。

栗林用软件攻克了这个问题。他创建了一个仿真程序来理解复杂折叠——一种模拟折叠结构所有可能运动的新方法。早期工具在可能性的组合爆炸面前力不从心,而他的方法则绘制出折叠图案的完整运动空间。

他将这项工作带到2026年Regeneron国际科学与工程博览会,这是世界上规模最大的大学预科科学竞赛,来自数十个国家的决赛选手竞逐超过七百万美元的奖金。

评委的裁决明确无疑。栗林的项目首先获得物理学和天文学类别第一名,奖金六千美元。随后获得博览会最高荣誉:George D. Yancopoulos创新者奖及其十万美元奖金,颁发给整个博览会中被评为最具创新性的项目。

主办博览会的Society for Science强调了这项工作的实际意义:对折纸运动的严格理解可以让工程师复制自然界的许多设计——树叶、昆虫翅膀和蛋白质结构的折叠——并制造出像生命系统那样展开、折叠和变形的机器。

这次获奖使栗林跻身稀有行列。博览会的最高奖项历来不成比例地授予美国学生;来自日本中等学校学生的最高奖获胜对日本年轻研究社群来说是一个标志性时刻,并成为全球科学媒体的头条新闻。

栗林工作的独特之处在于它结合了文化传承与计算雄心。他将日本儿童世代实践的民间艺术赋予现代工程所需的数学处理——这是纸鹤与航天器之间的桥梁。

要理解评委为何给出最高奖项,请考虑栗林所驯服问题的规模。即使只有几十个折叠的折痕图案也会产生一个如此庞大的运动空间,以至于暴力仿真在其面前崩溃——每个折叠都可以与其他所有折叠组合运动,相互作用呈组合式倍增。找到系统性地表示和搜索该空间的方法,是那种通常出现在博士论文而非高中科学博览会参赛作品中的贡献。

应用并非假设。NASA和其他航天机构已经采用源自折纸的设计——最著名的是用于紧凑型太阳能板展开的三浦折叠——医疗器械制造商制造的支架可以折叠以通过动脉,然后在目的地展开。每一个这样的设计目前都依赖于大量的物理原型制作,正是因为运动预测不可靠。能够绘制折叠图案完整运动空间的软件攻克了流程中最昂贵的步骤。

ISEF的评审挑战为结果增添了分量。决赛选手要在多轮面试中向工作科学家和工程师小组答辩他们的工作,后者会探究方法、原创性以及学生自身的理解深度——这种形式旨在将真正的研究与精美的展示区分开来。栗林的项目两次经受住了这种审查:一次是彻底赢得他的类别,再次是当博览会的最高评委将所有二十二个类别相互权衡时。

他的获奖还带有低调的国家意义。日本每年通过其全国博览会系统向ISEF派出一个小型代表团,其学生用第二语言与由拥有专门研究项目的美国学校主导的领域竞争。一位日本学生获得Yancopoulos奖——博览会唯一的最高荣誉——在日本科学教育界被誉为里程碑。

奖项本身承载着值得了解的传承。Yancopoulos创新者奖以Regeneron联合创始人兼首席科学家George D. Yancopoulos命名——他本人是前Science Talent Search获奖者——设立目的不是为了表彰最精致的项目,而是最真正具有发明性的项目。过去的获奖者进入顶尖研究型大学并开启早期科学职业生涯,随之而来的十万美元是世界上任何高中生能够因研究获得的最大单笔奖金之一。评委将此奖授予一个折叠仿真项目,是对他们认为工程学发展方向的一种表态。

十七岁时,栗林手握大学预科科学界最大奖项离开,并带着一个研究方向——计算折纸——这个方向将被工程师和应用数学家开采数十年。未来的折叠结构很可能沿着他的软件首先绘制的路径运动。