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仿生学专家陈华伟:自然有答案
 
 
更新时间: 2017-04-20 10:35:50     来源: 中国绿色时报(2017-04-20)
 
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 猪笼草

    “我们碰上的某些重大技术问题,其实自然界中早就有答案。这也让我越来越意识到认知自然、师法自然的重要性。”2017年1月14日,北京航空航天大学机械工程教授陈华伟,凭借对“猪笼草油嘴滑舌机制”的揭示,接过了中国新锐科技人物的奖杯。

    在场的人无不好奇,一个从事机械制造的专家,为何要研究植物机理,又为何说出了科研要“认知自然、师法自然”的感悟呢?几天后,我专程前往陈华伟所在的北京航空航天大学,聆听这位机械工程教授、仿生学专家讲述科学研究与“师法自然”之间的关系与感悟,寻求答案。

    陈华伟本是学机械工程专业,一直念到了博士后。然而,他发现,机械工程作为一门古老的工业学科,要想做出成绩,必须与其他学科多交叉。2007年,从日本留学回国的他,加入北航机械工程与自动化学院,从事微纳制造、仿生表面技术研究。他曾同从事机械制造研究的张德远教授合作,研制出了逼真的仿生鲨鱼皮肤,无论在医疗还是军事领域都有非常好的应用前景。

    “我们想得到的一些功能,在自然界中早就已经存在数亿万年了。”陈华伟说。比如,人类很早就认识到萤火虫会发光、荷叶上露珠会滚动。这些大自然中动植物的神奇功能,陈华伟和团队很想人为制作出来,服务人类的生产生活。

    2016年,陈华伟和团队研究两年多的《猪笼草口缘区表面液膜连续定向搬运机制》登上世界顶级期刊《Nature》杂志,这是我国高校机械工程学科领域首篇在《Nature》上在线发表的文章,而文章成果的取得正是依靠“师法自然”。

    时间追溯到几年前。2013年,国家自然科学基金设立“精准微创手术器械创成与制造”重大研究项目,要论证攻克长期存在的“微创手术器械粘刀”问题。陈华伟和团队盯上了猪笼草,一种生活在热带地区的植物,它有着湿润的“嘴唇”,当昆虫在其“嘴唇”表面爬行时,常常会“失足”滑落进捕虫笼内。如果能制造出具有猪笼草那样功能的表面材料,手术粘刀问题就迎刃而解了。

    通过对猪笼草口缘区微观结构特征的深入表征分析,研究团队发现了液体在猪笼草口缘能够沿着单一方向快速搬运,从而首次发现了液膜单方向搬运的神奇现象。也就是说,在猪笼草的口缘区,水可以从低往高流。

    大自然给了他们超乎寻常的启示。但为何猪笼草会出现如此神奇的现象?陈华伟和团队开始了对猪笼草微观结构的潜心研究和探知。

    经过长时间的攻关和研究,陈华伟和团队终于发现,在猪笼草看似光滑的叶片表面上,有一道道褶皱,这些褶皱呈梯度楔角,角度越小,液体单向搬运的速度越快,水往高处升得越高。根据这个特性,陈华伟和团队加班加点,攻克研究,终于制造出了不仅具备猪笼草“嘴唇”形状,而且具备其性能的仿生“嘴唇”。这一成果,不仅可以解决微创手术在高温环境下的粘刀问题,还可以解决沙漠干旱地区的植物长距离滴管供水问题,以及飞机、风机除冰等。

    “我们的研究,就是利用大自然的神奇现象来解决工程技术难题,在细微方寸中,得到启示。”陈华伟说。

 
(作者: 王琳琳)        (编辑: 刘霞)    
 
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