Но обо всём по порядку. История оригами насчитывает уже более тысячи лет. По всей видимости, истоки этого искусства лежат в Древнем Китае, где, собственно, и была изобретена бумага. Но наибольшее развитие оно получило в Японии, став неотъемлемой частью культуры этой страны. Тем не менее, независимые традиции создания бумажных фигурок, пусть и не столь развитые, складывались и в других странах, например, в том же Китае, Корее, Германии и Испании. Достаточно долгое время владение техникой оригами считалось признаком хорошего тона у представителей высших сословий – бумага тогда была дорогим товаром, поэтому умение создавать из неё необычные фигурки выдавало в мастере его принадлежность к обеспеченным и влиятельным людям. Кроме того, оригами часто использовалось в религиозных обрядах и всевозможных церемониях.

Большой прорыв в развитии оригами в начале XIX века совершает немецкий педагог и теоретик дошкольного образования Фридрих Фрёбель, предложив это занятие в качестве обучающего в детских садах для развития детской моторики. Но самым заметным шагом в популяризации этого искусства и его распространения по всему миру становится создание в середине XX века японским мастером Акирой Ёсидзавой «азбуки оригами» – единой системы универсальных знаков, позволившей записывать схемы создания любых фигур и быстрее передавать опыт мастеров начинающим

Классическое оригами предписывает использование одного листа бумаги без применения клея и ножниц. Однако со временем появилось и достаточно много альтернативных направлений: например, в киригами лист бумаги можно разрезать, а в модульном оригами вначале собираются отдельные фрагменты, соединяемые потом в композицию, которая может быть практически любого размера.

Знание техники складывания оригами помогает создавать компактные вещи и складные конструкции, поэтому тот момент, когда инженеры и изобретатели обратят на древнее восточное искусство своё внимание, был лишь вопросом времени. Считается, что одним из первых, кто, вероятно, сделал это, был Карл Эльзенер. В 1891 году, ориентируясь на один из главных принципов оригами – размещение большого в малом – он придумал простую и практичную конструкцию складного ножа, внутри которого прятались лезвие, шило, консервный нож и отвёртка. Этот нож был взят на вооружение швейцарской армией и получил соответствующее название.

Сегодня примеров использования элементов оригами в промышленности достаточно много. Самый простой из них – это всевозможные картонные упаковочные коробки. Зачастую они создаются из нескольких элементов и скрепляются клеем или скобами. Стоимость коробок невысока, однако с учётом того, в каком объёме они используются, экономия даже на одной скрепке или секунде сборки в конечном счёте выливается в гигантские цифры. Поэтому компании, занимающиеся производством упаковки или её использованием в больших объёмах, вкладывают немалые средства в её совершенствование. К примеру, лапша быстрого приготовления обычно продаётся в контейнерах, изготовленных из склеенных вместе трёх-четырёх листов бумаги. Однако мастер оригами Toмоко Фусэ не так давно получил в США патент на изобретённый им метод сворачивания бумаги в цилиндр, имеющий дно – из одного листа и без применения склеивающих или скрепляющих материалов. А студенты-дизайнеры Генри Ван и Крис Курро из Инженерной школы Альберта Неркена модифицировали выкройку обычной картонной коробки. Их коробка собирается без использования клея, на её создание уходит на 15-20% меньше картона, а процесс сборки занимает в несколько раз меньше времени по сравнению с обычной тарой.

Самой известной и распространённой инженерной находкой оригами стала схема Миура-ори. Японский астрофизик Корё Миура придумал её в 1970 году, предложив использовать схему складывания, основанную на принципах жёсткого оригами, где складки рассматриваются как петли, соединяющие две плоские твёрдые поверхности. В отличие от обычных методов, складки в схеме Миура-ори расположены не чётко вертикально и горизонтально, а наклонены друг к другу под углами 84 и 96 градусов. Материал, сложенный по данной модели, очень легко разворачивается – для этого нужно всего лишь потянуть за два противоположных угла конструкции. Толщина сложенной модели Миура-ори зависит только от толщины используемого материала. Вначале модель использовалась для складывания больших бумажных документов и карт местности. Сложенная таким образом карта представляет собой плоскую фигуру. Отсутствие многослойных складок уменьшает нагрузку на бумагу и позволяет свернуть или развернуть её одним движением. Настоящий прорыв для Миура-ори происходит в 1995 году, когда это изобретение используется для разворачивания в космосе солнечных батарей японского спутника Space Flight Unit. Метод профессора Миура значительно упростил конструкцию и позволил сократить количество двигателей, необходимых для раскладывания фотоэлементов в космосе. Впоследствии эта конструкция использовалась и в японском телескопе JamesWebb. Деталь была сложена втрое в компактную структуру, а в космосе разворачивалась в двух местах.

Предложенная схема положила начало целому разделу в инженерном применении жёсткого оригами. С 2005 года в Японии начали создаваться различные целевые группы по применению методов оригами в практических целях, в промышленности. Одни занимались поиском оптимального решения для складывания всевозможных жёстких устройств с шарнирным соединением. Другие рассматривали возможность использования техники оригами в конструкции автомобиля, корпус которого более устойчив к разрушению в момент аварии, но в то же время может разрушаться определённым заданным образом, нанося меньше повреждений пассажирам. Третьи анализировали возможность применения принципов жёсткого оригами для космического корабля, использующего в качестве движителя солнечный или электрический парус. Такие космические паруса должны иметь большую площадь, а значит необходимо отработать дешёвую, но надёжную схему их транспортировки с Земли. Успешное развёртывание в космосе первого в мире солнечного паруса, сложенного с использованием принципов оригами, впервые произошло в 2004 году, а в 2010 году японский аппарат IKAROS впервые использовал космический парус в качестве двигателя. Аппарат был оснащён более совершенной моделью солнечного паруса – мембраной площадью 196 квадратных метра (14 на 14 метров) и толщиной несколько микрометров. Благодаря тому, что при сворачивании использовалась техника оригами, мембрана успешно развернулась без каких-либо повреждений. Правда, сам процесс занял почти неделю.

Используется oригами и при поиске оптимальной конфигурации конструкции и моделировании её поведения под действием различных нагрузок. Так, японская корпорация «Тоё Сэйкан Кайся», крупнейший производитель тары для напитков и консервированных продуктов, использует технологию оригами в производстве жестяных банок. Специальное тиснение позволяет придать их стенкам дополнительную прочность и тем самым сделать стенки тоньше и дешевле. В то же время, после того как банка открыта и выпита, смять её становится легче, чем обычную. А значит занимать места в мусоре она будет меньше.

Преимущества, которые могут дать оригами-технологии, быстро осознали и в Штатах. Как результат, в 2012 году на изучение оригами Национальным научным фондом США было выделено 16 млн долларов. И именно в Америке была создана одна из наиболее продвинутых специализированных компьютерных программ для оригами TreeMaker. Её разработал американский физик, эксперт по полупроводниковым лазерам и оптоэлектронике Роберт Лэнг, с детства увлекавшийся оригами. Используя математические выкладки, учёный вывел закономерность создания моделей оригами и сформировал универсальный подход к решению задач с ними, который и положил в основу программы. Она позволяет создать упрощённый «скелет» конструкции, затем детализирует его и формирует развёртку сгибов. Развёртка является базовой основой будущей формы, точные контуры и детали которой подбираются отдельно. Например, программа покажет основу для формирования рогов бумажного жука, но их ширину и направление нужно подбирать самостоятельно. После того, как учёный понял, что оригами может использоваться для решения множества практических задач, он оставил работу в Силиконовой долине, полностью посвятив своё время практической стороне этого искусства.

Один из проектов, в которых Лэнг принимает участие, разворачивается в Ливерморской национальной лаборатории им. Э.Лоуренса. Речь идёт о разработке телескопа «Окуляр». Он должен находиться в 42 км от Земли и иметь диаметр главной линзы не менее ста метров. Роберт Лэнг разработал складную систему «зонтик», разделив линзу на плоские кольца. Для транспортировки кольца складываются в компактный цилиндр, а по прибытии раскладываются до нужного размера. В результате компонент прозрачной линзы уменьшается со ста до трёх метров. Система основана на принципах оригами и будет применяться в телескопах следующего поколения. Предварительные испытания на линзе диаметром пять метров прошли успешно. Кроме того, в 2018 году предполагается запуск новой мощной обсерватории – телескопа имени Джеймса Уэбба, который заменит устаревший «Хаббл». Диаметр зеркала в новом телескопе составит 6,5 метров (у Хаббла – 2,4), а складываться он будет из трёх компонентов.

Также учёный был задействован в разработке оптимальной модели складывания подушки безопасности в автомобиле. Как известно, подушка должна быть достаточно большой, чтобы защитить пассажиров, и при этом мгновенно раскрываться в момент удара. А скорость раскрытия напрямую зависит от того, каким образом подушка сложена – по аналогии с правильным складыванием парашюта. Алгоритмы для оригами позволили найти самое оптимальное решение.

Аналогично были решены проблемы размещения большого в малом в медицине. Основная задача, которую позволяет решить оригами, связана с тем, что предмет при транспортировке должен занимать мало места, а потом принимать определённую форму и в несколько раз увеличиваться в объёме. Пример такой задачи из области медицины – это размещение внутри суженного участка органа стента, своеобразной полой трубки, искусственно расширяющей артерию, пищевод или другой орган. Сердечный стент вводится через вену, а достигнув нужного места (коронарной артерии), «разворачивается», чтобы поддержать стенки сосуда и обеспечить нормальное движение крови. Стентирование позволяет избежать серьёзных последствий инфаркта. Для проведения такой операции необходимо, чтобы стент при транспортировке по венам занимал как можно меньший объём, а после установки разворачивался до нужных размеров. Складной вариант стента представили в 2003 году сотрудники Оксфордского университета: Зонг Ю и Каори Курибаяши. Стент складывается по шаблону оригами, основанному на модели, называемой «водная бомбочка», которую умеют складывать даже дети.

Удивительно, но принципы оригами можно применять не только к осязаемым вещам, но и к нематериальным объектам. Например, таким образом учёные пытаются манипулировать формой траектории луча. Так называемое «оптическое оригами» было разработано инженерами Калифорнийского университета Сан-Диего с целью найти новый способ уменьшения размеров оптических систем. Исследователи взяли небольшой диск (прозрачный кристалл фторида кальция) и проделали в нём концентрические отверстия. Свет попадает в систему через внешнее кольцо. К диску применена «алмазная огранка», а также задействуется набор отражателей, которые искусственно увеличивают оптический путь. В центре «линзы-оригами» расположен светочувствительный датчик, на который свет попадает после многократных отражений. Новая оптическая система способна заменить громоздкие комплекты линз, уменьшив исходную оптическую конструкцию приблизительно в семь раз. После устранения учёными единственного недостатка нового объектива – маленькой глубины резкости из-за расположения апертуры вдоль края линзы, новая оптика найдёт широкое применение.

Новые возможности откроет человечеству и ДНК-оригами. В 2006 году американский биолог Пол Ротемунд из Калифорнийского технологического института представил своё открытие, связанное с молекулярным программированием. Учёный нашёл способ придать молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) определённую форму. Для этого используется свойство азотистых оснований образовывать пары определённых типов с помощью водородных связей при взаимодействии цепей нуклеиновых кислот. В качестве скрепляющих агентов Ротемунд использовал короткие синтетические ДНК-нити, конфигурация которых была рассчитана с помощью компьютерной программы, а затем синтезирована в лаборатории. Ему удалось прикрепить синтетические ДНК-нити в запрограммированных местах, а потом стянуть основную ДНК в нужную форму. Для демонстрации учёный использовал модели, сложенные из нитей ДНК в буквы, известные фигуры и даже смайлики. Такое моделирование может использоваться при разработке наноустройств. В том же институте при использовании техники ДНК-оригами был создан функционирующий переключатель (транзистор). Он в десять раз меньше аналогичных элементов, используемых в современных электронных устройствах. В перспективе можно будет создать целый компьютер из ДНК-элементов или даже скомбинированные из живых и искусственных объектов системы. Процесс сборки запрограммированных молекулярных форм происходит самостоятельно, на основе принципов формирования двойной спирали ДНК.

В течение нескольких лет метод ДНК-оригами совершенствовался, учёные отрабатывали его на различных трёхмерных объектах – коробках, шестерёнках и прочих вещах. Так появился экспериментальный маленький кувшин объёмом всего 800 тысяч молекул воды. Эта технология позволит создать носители для точной транспортировки лекарства в нужную часть органа, что повысит эффективность лекарств и снизит неблагоприятные побочные эффекты.

И это лишь только некоторые из направлений, где сегодня начинают активно использоваться оригами-технологии. Многие из них имеют чисто бытовое назначение (например, обувь, состоящая из одного элемента и сшивающаяся всего одним швом), другие призваны решать какие-то социальные проблемы (складные оригами-палатки для бездомных), третьи позволяют сказать новое слово дизайнерам интерьеров или одежды (платье-оригами). Так что простое увлечение фигурками из бумаги сегодня может стать очень и очень перспективным занятием.