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【中国科学报】李宝童:攥紧自己的“帕瓦罗蒂手帕巾”
来源:中国科学报 日期 2018-10-24 10:55 点击:

 

说到自己最喜欢的一幅图片,西安交通大学机械工程学院李宝童教授打开计算机屏幕的壁纸。那是一张背景为嫩绿色的树叶照片,不清楚的人可能会认为这只是一张护眼壁纸,但仔细看,就会发现温暖的阳光透过绿叶,将它自然纯粹的叶脉纹理照得透亮澄澈。李宝童微笑着说:“我很喜欢这张有温度的图片,它总能带给我一种豁然开朗的感觉。”

这并不是一名年轻的科研工作者的“文艺腔”,而是他的真情实感,甚至是科研灵感来源的一部分。那么,他又有怎样的故事呢?

 

科研起点源于趣味“口袋书”

2007年,李宝童带着对“百年机械学科”的敬畏来到西安交通大学,迎接即将到来的博士生活。那时候的他对未来科研道路还一无所知,也并不知道会有怎样的机会正在悄悄等待他。

西安交通大学“长江学者”、教授洪军是李宝童攻读博士学位道路上的引导者。在一次国际学术会议上,洪军偶然接触到一个新奇的科研方向——复杂零件拓扑结构生成式设计,这是一个处在“半完成式”的、极具挑战性的研究方向。“CAD(计算机辅助设计)是一个谎言,而生成式设计正让它变得名符其实”,这句看似调侃之言的背后却蕴含着一个极富发展潜力的研究方向。

回到国内,这个研究课题就落到李宝童肩上,那时他是洪军门下首位博士研究生。初来乍到,挑起重任,其中的艰辛只有当事人自己清楚。“那时候研究似乎已经到了山穷水尽的地步,我仿佛在黑夜中摸索,始终找不到光的入口在哪里。”再次回忆起那段时光,李宝童仍然心有戚戚焉,直到有一天,他偶然看到了一本口袋书。

那是一本制作精美、设计巧思的口袋书,封面上绘着卡通插画式树叶、骨骼、海螺……甚是可爱,书中阐释着一个个难度系数极高的生物形态力学原理。“我从来没有想过,做理论研究竟能如此有趣,艰深晦涩的公式也能以充满‘童趣’的方式来表达。”拿起这本书,李宝童仍难掩激动。

正是这本小小口袋书开启了李宝童之后10年,甚至未来更多个10年的新世界,而这本书的作者也成为他科研之旅的“隐形”导师,带给他许多启示与思考。

浸入“仿生”的奇妙世界

李宝童对于叶子的思考,就是一个例子。

“千万别小看这些脉络,这是大自然的鬼斧神工,也是自然之物博取生命的通道。结构优化并非人类独创,自然界早已精通此道。当今天人们利用拓扑优化等先进数值手段为工程结构‘挖出’最优构型的时候,大自然已然在亿万年前就沿着完全相反的技术路线为生物结构‘长出’最优构型。”李宝童指着屏幕壁纸的叶脉纹络说道。

在李宝童的眼中,仿生并不仅仅是简简单单、惟妙惟肖的“仿”。如何使结构生成式设计取得创新、超越乃至颠覆式的发展?这需要突破思维定式,洞悉各种方法的数理本质。在结构仿生学中,关于对称性的研究被赋予了重要地位,与此同时,自然界中各式各样的生物分枝网正是拓扑学与力学的奇妙编织物。这些构造背后所蕴含的“因势利导”设计理念既生动又深刻。

庄生晓梦迷蝴蝶。到底是形态决定了力流,还是力流决定了形态?事实上,自然界中的形态发生行为就像是一把把精致的柳叶刀,在外部载荷环境的诱发下,通过改变拓扑图式的对称程度,精妙调节载荷传递路径的走向,使得载荷流在结构中的分布均匀合理、起伏平缓。

由此,能否准确捕捉载荷流的传递趋势,厘清外部载荷变化与拓扑图式对称性破缺之间的内在关联(即‘因势’),并据此构筑出最优化的传递路径(即‘利导’),是破解大自然网状分枝结构力学成因的关键所在。

正是浸透于这一思路,李宝童慢慢找到了属于自己的研究天地,他像颗螺丝钉般,钻开一个小孔,越入越深、越深越阔,进入关乎“结构”、关乎“仿生”、关乎“国家重大需求”的神奇世界。开始阶段似邯郸学步,到后来略有所成而不断进取。

经过十多年努力,他所在的课题组提出了多源载荷流的形态量化模型及其传递路径构造方法,开发了拓扑结构高柔性几何造型技术,推进解决了机械装备优化设计面临的巨量计算与复杂后处理瓶颈问题,并在国民经济与国防建设主战场机床、航空、航天领域得到推广应用。

做研究应找到自己的精神支点

作为一名博士生导师,李宝童有着别具一格的研究生培养理念。他十分看重学生在科研过程中找到支撑自己坚持下去的力量载体,他把这个载体称之为“帕瓦罗蒂手帕巾”。

看过帕瓦罗蒂演出的人,一定会注意到他手中的那块白手帕,人高马大的汉子手执盈盈帕巾,看似好笑却大有用处。自出道以来,帕瓦罗蒂就从未停止过跟怯场症作斗争,白手帕正是用来缓解紧张的道具,只要攥着那块手帕,就会有安全感与归属感。精神放松了,歌声也就更自由曼妙,久而久之,手帕巾渐渐成为歌王的招牌、舞台上不可或缺的风景。

“做研究也应该找到自己的精神支点,攥紧自己的‘手帕巾’。”李宝童表示,他的“手帕巾”就在于对大自然鬼斧神工的痴迷,以及对趣味科研的乐此不疲。“我相信,如果每位研究生都能攥紧自己的‘手帕巾’,一定会静下心来做研究,并逐渐生出一股超越导师的勇气,进而实现创新乃至颠覆。”

执着于科学研究的李宝童,日常生活中却是另一番模样。不熟悉社交软件,不跟随电子潮流,在他的网络空间“说说”中经常记录着自己偶然的思索,“叶子的脉络”“香樟的味道”“西北耐旱植物”……洞察自然、体味生活、发现趣味、敬畏科学,深扎教学科研一线,做着自己深爱的研究,奋斗着的李宝童是幸福的,也是幸运的。

原文刊载于2018年10月23日中国科学报8版

文字:通讯员 张琢悦 中国科学报记者 温才妃
视频:禾木 崔可嘉
编辑:程洪莉

 
 
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