【亲子DIY】吸管和木棍不要扔,集齐6根可以呼唤NASA机械人啦!

站务发布 · 发表于 2026-1-21 12:52:34

同城信息网：转摘自玩童会
玩童会

本文转载自公众号“把科学带回家”

（ID：steamforkids）

原创：尝试君把科学带回家

见过一串互不相连的光棍能做这类事吗——

还可以这样玩——

这是2015年和2016年的火人节（Burning Man）大会上，艺术家buchananwp制造的成人玩具。

给你仔细看看一切光棍的结构——

Piaji一拍——

好玩不？NASA就用这类设想做了一个机械人出来。我们明天就来学怎样做。

关键概念---张拉整体

材料和操纵

6根吸管（或中空木棍）

十来根橡皮筋

铰剪

胶带纸

二十面体张拉整体建造视频——

@Angela YU

道理

我们制造的这类好玩的玩具，属于一类叫做张拉整体（Tensegrity）的修建结构。

张拉整体这个名词是美国修建师和发现家巴克敏斯特·富勒（Richard Buckminster Fuller）在1961年提出的。对，富勒烯用的就是富勒的名字（虽然富勒烯不是富勒本人发现的）。

巴克敏斯特·富勒和他设想的张拉整体

张拉整体是一种操纵材料张力，将互不打仗的刚性物体连系起来的结构。从功用上来看，张拉整体虽然有棱有角，但却具有弹性，就像气球一样。但同时，它们又不像气球那样“毫无节气”，反而很是安定，刚柔并济。

@NASA

张拉整体和用利用紧缩力的传统修建结构（如拱桥）分歧，张拉整体操纵柔性材料供给的张力支持整体。

1968年，美国修建师 Kenneth Snelson 设想的张拉整体装配 Needle Tower，位于华盛顿的赫希洪博物馆和雕塑园。

@wikipedia

2009年10月完工的澳大利亚昆士兰州布里斯班河上的库利尔帕桥（Kurilpa Bridge）就是一类张拉整体。

澳大利亚昆士兰的库利尔帕桥

1988年首尔奥运会的体操馆，以及1996年亚特兰大奥运会的乔治亚巨蛋（The Georgia Dome）的穹顶也属于张拉整体门户的。

亚特兰大奥运会的乔治亚巨蛋

生物也能制造张拉整体。

比如，蜘蛛的网是一种张拉整体结构。

金丝蜘蛛（Nephila Clavipes）的蛛网上有一种用蛛丝钩织的长方形的硬板，这些板充任了张拉结构中的刚体（假如我们尝试中的棍子），四周的蛛丝则供给了张力。

金丝蜘蛛的网是一种张拉整体

@Skelton, Robert E., and Mauricio C. de Oliveira. Tensegrity systems. Vol. 1. New York: Springer, 2009.

生物体内也有很多张拉整体。最多见的张拉整体，实在就是人体的骨骼。人类的骨骼之间以肌腱、肌肉和韧带相连，构成了一个个兼具强度和韧性的张拉整体。

@Skelton, Robert E., and Mauricio C. de Oliveira. Tensegrity systems. Vol. 1. New York: Springer, 2009.

细胞内的细胞骨架（cytoskeleton）属于张拉整体。

真核细胞并不像一个装满水不停晃荡的袋子，而具有邃密复杂的内部结构。保持细胞形状的，就是由卵白纤维组成的细胞骨架（见上图）。

由于细胞骨架的存在，假如细胞没有和任何物体相连，它就会酿成圆滔滔的外形。假如黏在坚固的基质上，细胞就会变平拉伸。可是从基质上摘下来后，细胞又会弹回原本的形状。可见，细胞操纵了细胞骨架的张拉整体来连结形状。

现在有很多研讨发现，细胞骨架不但有保持细胞形状的功用，还和癌症有关，由于细胞骨架是细胞器活动的参考根据，它的朝向会影响酶以及其他物资运输的走向。细胞骨架的张拉整体性质，也许和癌症息息相关。

SUPERball V2

@IEEE spectrum

张拉整体获得了美国国家航空航天局（NASA）的关注，由于它们可以在缺少重力的情况下保持形状。在太空中，像拱桥那样操纵重力供给紧缩力的结构是行欠亨的。

2018年，NASA 埃姆斯研讨中心和加利福尼亚大学圣迭戈分校制造的 SUPERball V2 机械人用的就是张拉整体的设想，6根铝制硬管之间以尼龙缆线毗连，探测器放置在铝管两头。

得益于张拉整体的物理特征，SUPERball V2 很经摔，也很经打，还轻易紧缩折叠，是行星着陆器的备选设想。

SUPERball V2的测试

@IEEE spectrum

我们最初再来欣赏一组张拉整体设想吧——