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神奇的仿生材料,解锁大自然的“颜质”力量

发表时间:2024-11-01 14:46:39    浏览次数:516

鲨鱼皮鳞片与泳衣的关系


潜艇与鱼类的关系


同学们知道吗?

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在大自然这部宏伟的史诗中,每一根细如毫发的蜘蛛丝,每一片翠绿欲滴的树叶,每一只振翅欲飞的昆虫,都是巧夺天工的奇迹,它们身上蕴藏着令人惊叹的力量和秘密。

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为了向青少年普及科学知识,培养青少年创新精神和实践能力,10月31日,广东省呼吸与健康学会、广东省钟南山医学基金会、生物岛实验室联合佛冈县教育局,特邀广州实验室刘倩研究员,共同走进佛冈县迳头镇中心小学开展“院士专家科学大课堂”——“一花一木一世界,从大自然解锁新科技”主题科普实践活动,现场150余名师生共同参与活动。

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△刘倩 研究员

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△科学课堂现场

从字面上来理解,“仿生”意思就是模仿生物。目前,仿生材料已经在生物学应用中发挥了巨大的潜力。从三百年前通过鸟类形态设计出飞机,到利用生物各类性质设计出多维生物材料应用至各个领域。比如,仿生材料能够模仿生物体的结构和功能,被应用于心脏支架、关节置换和组织工程等;仿生材料还可以被设计成新型的药物载体,可以用于靶向递送、缓释药物等;此外,基于仿生设计的生物传感器,能够检测和测量生物分子、生理信号等。

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“予独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖”“同学们都听说过荷叶效应吗?”活动伊始,刘倩研究员以“大自然中的灵感”为引子,巧妙地揭开了“仿生学”的面纱,激发了现场学生们的好奇心与求知欲。随后,通过讲述荷叶超疏水现象等案例,刘倩研究员详细介绍了仿生学在应用研发中的作用,让孩子们有了全新的认识和感悟。

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仿生学,作为一门融合生物学与工程学的交叉学科,正是打开这扇创意之门的钥匙,引领着青少年踏上一段开阔创新思维的奇妙旅程。
刘倩研究员在科学课堂上播放“高铁列车头——来自翠鸟啄的启发”的故事:1980年代,日本的新干线列车遇到了问题,由于速度很快,时速能达到170英里。每当它离开隧道时,它就会产生一个响亮的音爆,扰乱周围的居民区。在隧道内声波会被压缩,直至爆裂,产生的音爆十分刺耳,原因是列车的车头是子弹型,因此它会“推挤”前方的空气而非“切穿”过去。有一位负责重新设计列车的工程师爱好观察鸟类。他从翠鸟的喙中汲取了灵感。翠鸟长而有力的鸟喙末端收窄成一个点,当它顺畅地滑入水中时几乎不会溅起一点儿水花。工程师们测试了不同的列车设计,发现可以通过复制翠鸟喙的形状,来减少空气阻力、功耗,并减弱隧道轰鸣。这种科学探索不仅锻炼了青少年的思考能力,还加深了他们对仿生原理的理解。刘倩研究员鼓励学生们,在日常学习和生活中通过实践探索,将所学知识应用于实际问题中,从而培养出自身解决问题的能力和创新精神。
随后,揭辉洋工程师和计阳晴老师精心设计实验内容,以生活中的结构色为切入点,列举翅膀上具有蓝色金属光泽的闪蝶、背壳上五彩斑斓的金龟子等案例进行讲解,介绍什么是结构色、产生结构色的原理,以及具有结构色的材料-光子晶体、怎样制备光子晶体、光子晶体的应用等,通过互动式讲解揭开高科技新材料光子晶体的面纱,同学们跃跃欲试,纷纷上台参加实验操作,感受到了光子晶体结构色的魅力。
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△结构色制备科学小实验


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本次的院士专家科学大课堂进佛冈活动,向青少年展示了科学之理、科学之美,拓宽学生视野、激发科技兴趣、培养科技意识,极大地促进了青少年的全面健康发展,也激发了学生们对学习科学、探索科学的兴趣,播下一颗科技的种子,静待花开。

撰稿 | 李沂桐

审核 | 梁莹 

本文授权转载自微信公众号广东省呼吸与健康学会。



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