编者按:作为学校党风廉政建设宣传教育月的重要工作和“空天报国”文化传承创新系列活动的重要内容,校党委和纪委在全校教职工党员中组织开展了“谈谈我的家风”主题支部活动。在活动中,教职工党员不仅自学了《家规、家书与家风》等学习资料,而且围绕孝敬老人、家庭和睦、事业帮扶、教子有方、勤俭持家、邻里互助等进行了交流研讨,同时推荐了本支部所在分党委的一名党员作为“勤廉和美”家风表率候选人。学校从各支部、分党委推荐的“勤廉和美”家风表率候选人中,评选出部分有特色和代表性的家风表率,陆续推出宣传报道,共同传颂“勤廉和美”家风,努力形成教职工家风与校风学风、师德师风互相促进、和谐向上的良好氛围,确保党风正、学风好、校风淳。家风系列报道之一,首先向大家介绍机械学院张德远和研究生院冯秀娟夫妇“和谐家风促进事业发展、教子有方传承和美家风”的事迹:玫瑰花与猪笼草的故事。

执着钻研 交叉创新 揭示“猪笼草”在生物制造中的奥妙

玫瑰花与猪笼草的故事

——访在《Nature》在线刊发最新成果的北航科研团队

——记“勤廉和美”家风表率张德远、冯秀娟夫妇

记者 王晴

赵晶 / 文

2016年4月7日,世界顶级期刊《Nature》在线发表了我校机械工程及自动化学院陈华伟教授、张德远教授团队的最新研究成果
“Continuous directional water transport on the peristome surface of
Nepenthes alata”。消息传来,引起社会热切关注和媒体的广泛报道。

她端庄贤淑、持家有方、孝老爱亲、相夫教子,白玫瑰一般清雅秀丽芬芳。

明媚的午后,记者如约在张老师的办公室见到了该研究的四位主要作者:张德远教授、陈华伟教授、博士生张鹏飞、博士生张力文。几句简单的介绍后,张老师微笑着谈起他们的研究。

他质朴敦厚、严谨求实、不惧困难、开拓创新,恰如他所研究的猪笼草一般神奇而又顽强,凭借对科学前沿敏锐的嗅觉和丰厚的科研经验积累,终将猪笼草日常的“灵光一现”变成了一颗镶在科学王冠上的“璀璨明珠”。

金沙手机娱乐网址 1张德远教授团队在实验室

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水可以倒着流:小小猪笼草的奇妙启示

机械学院教授张德远和研究生院冯秀娟的家庭是一个传统的三口之家,其子目前是上海交通大学的一名本科生。

“你知道猪笼草吧?”见记者稍显迷惑,张德远教授笑着说,“猪笼草是一种生活在旧大陆热带地区的植物,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。我们通过深入表征分析猪笼草口缘区微观结构特征,惊奇地发现,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。”

冯秀娟生长在一个家庭生活非常和谐与幸福的家庭。妈妈自打生下她之后身体就非常不好,常年卧病在床。爸爸尽管工作非常繁忙,但和妈妈的夫妻感情非常深厚,常年累月无微不至地照顾妈妈,从吃药、看病到日常生活的点点滴滴都亲力亲为,从不会感到厌烦。在照顾妈妈的同时,爸爸还要为孩子们洗衣、做饭,教育她们成人,为这个家庭倾注了大量的心血。父亲母亲的言传身教对冯秀娟的影响非常大,对她的人生观、价值观的形成起了非常关键的作用。

张德远教授说,课题组在《Nature》上发表的研究,是从认知自然、师法自然出发,揭示自然生物原型体表表面单方向液体搬运新现象,开创性地提出了无动力自润滑防粘新理念,对解决微创手术器械防粘技术难题具有重要参考价值。

冯秀娟成家以后,以她的父母为榜样,积极创造条件营造和谐的家庭氛围。她自认为是一个比较传统的人,以孝敬父母、相夫教子作为自己的责任和义务。因双方父母都在老家,只有寒暑假才能回去尽一份孝心,所以她平时会经常打电话关心父母的身体,遇到合适的衣服、食品就立即给双方父母寄过去。

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冯秀娟非常理解和支持爱人张德远教授的工作,当前高校教师的压力非常大,不但要讲好课,还要搞好科研、指导好博士生及硕士生。近年来,张德远教授节假日经常要在实验室、办公室加班,对此她毫无怨言,并且将家务活、孩子的养育、亲戚朋友的往来等一并承担下来,尽量不用家庭琐事打扰他,让他能全力以赴干好事业。

一直以来,各国科学家们对猪笼草类叶片形貌做了大量微观表征,对其表面微纳结构特征也有一些了解。但是,很多研究仅仅局限在微观结构表征上,很少涉及到表面结构特征与液体介质间微观尺度上的作用机制研究。而猪笼草口缘区液膜单方向搬运的神奇现象,是张德远教授团队以微创医疗器械表面超滑防粘为目标导向,首次揭示的。

金沙手机娱乐网址,张德远教授多年来一直从事机械制造仿生研究。2008年前后,曾研制出了逼真的仿生鲨鱼皮肤。2016年4月,张德远教授团队的研究成果《猪笼草口缘区表面液膜连续定向搬运机制》发表在世界顶级期刊《自然》杂志上,这是我国机械工程学科领域的科研人员首次以第一作者和通讯学者在该期刊发文。

研究团队通过液体、气体在界面上微观流动的动态观测,揭示了单方向液膜搬运机理,提出了基于梯度楔形盲孔、梯度拱形边缘的单方向液膜搬运表面的仿生设计新方法;通过对比试验,进一步发展了传统泰勒毛细升理论,提出了梯度泰勒毛细升、闭口梯度泰勒毛细升理论计算模型;同时,基于生物复制成形方法实现了逼真形貌的转移制造,揭示了表面亲水、疏水特性对单方向液膜搬运能力的影响规律,为仿生设计与生物制造打下了技术基础。

猪笼草是一种生活在热带地区的植物,被称为“昆虫杀手”,它有湿润的“嘴唇”,当昆虫在其“嘴唇”表面爬行时,常常会失足滑入捕食的口袋里。水往低处流,这是人们熟知的自然现象,但是大千世界无奇不有,在猪笼草的捕食袋口,液体却能够实现从低往高处倒流。张德远教授带领的科研团队首次发现了这一奇特现象,进而成功仿生制造出能够使液体从低往高无动力单向流动的表面。这种液体无动力单向流动的仿生技术在手术器械防粘、机械自润滑、农业远程灌溉乃至飞行除冰等领域都将有广泛应用。世界一流学术研究成果的背后,不是简单地栽花养草,彻底弄清猪笼草水倒流的机理,光研究草叶面本身也是远远不够的。为仿生制造猪笼草的“嘴唇”模拟再现水倒流的情景,团队开始忘我工作加班加点。实验设备不够,张德远教授自掏腰包花20多万元购置了高速摄影机。赶上实验室改造,团队成员就在旁边找了一间屋子做实验,常常忙到深夜。

“我们的研究,就是利用大自然的现象,在细微方寸中,得到启示。这篇文章,是我国高校机械工程学科领域首篇在《Nature》在线发表的文章。”张教授无不自豪地说道。

张德远和冯秀娟夫妇深深地知道,个人事业的成功只是人生的一部分,培育好孩子也是父母义不容辞的责任。父母是孩子最好的老师,父母首先要以身作则、做好表率,夫妻互相关爱、家庭和睦,也是培养孩子快乐性格的一个重要因素。在培养教育孩子方面,张德远和冯秀娟亦有很多心得:

据悉,研究成果可直接用于各个领域,例如医工结合方面,解决微创手术在高温环境下粘刀问题,进行无耗能‘水膜’补充,提高手术效率,也就是说,这项研究大大解决了手术过程中手术刀与人体软组织的粘连问题;农业方面,解决沙漠干旱植物滴灌供水,实现长距离搬运;工业方面,实现‘自润滑’,降低结构复杂度;甚至还可应用于MEMS微流体芯片、无人机表面防冰等众多领域。

第一,要教育他做一个诚实善良的人。小时候他们经常陪着孩子读书、讲故事,培养他为人要真诚、做人要善良的好品质,因此儿子从小到大都是一个乐观、诚实、善良的人。他孝顺,每次回老家都要去看抚养他长大的奶奶,返程时总是恋恋不舍,含泪而别;他勤俭,从不乱花钱,买东西总是挑最便宜的;他善良,遇到要饭的穷苦人,总是把自己好不容易积攒下来的零花钱送给他们。

崎岖科学道路上的探问之道

第二,不给孩子提出过高的要求,不让孩子的身心承受超负荷的压力。要教会孩子注意调整心理状态,在受到某种挫折时,要让他知道前途总是光明的,使他恢复快乐的心情。

张德远教授、陈华伟教授及其团队在研究仿生表面制造方面不懈探索20余年,单就对猪笼草口缘区的研究也已持续2年多。“一路走来有过挫折和失败,也曾有过犹豫不决的时候,但是,我们从未想过放弃,我们的目标,很明确。”陈华伟教授笃定地说。

第三,要教育孩子养成良好的生活与学习习惯。让孩子学会管理好自己的学习、生活很重要。严谨、整洁、有序的生活习惯也会影响到孩子的学业精神,从小事入手会带来很多好处。

在研究过程中,很多结果仅仅依靠实验室现有的设备是无法验证的。面对这种情况,张德远教授自筹经费,拿出近二十万元为实验室购买新设备。

第四,要尊重孩子,认真倾听孩子的意见建议,给孩子提供决策的机会和权力。现在的孩子烦恼多,多在总有太多的选择,作为家长可以提出建议,但要多听听孩子的想法,而不应该把家长的那份焦虑、纠结传递给孩子,孩子不是他们的影子,他们找到自己喜欢的,就会去坚持。

然而,具备实验条件却并不一定能得到好的实验结果,还需要团队所有人员的不懈探索与努力。

第五,鼓励孩子主动融入同学之中去。从小学到大学,儿子所在的学校都有很多优秀的学生,因此放平心态、积极融入,共同创造阳光、向上的竞争氛围与学习环境非常重要,牛蛙们在牛群里奔跑,潜能才会最大限度的发挥。

团队的精诚合作是打开科学大门的钥匙。在采访中,四位主要作者一致表示,成功离不开每一个人的付出。在前前后后2年多的研究探寻中,正是因为有张德远教授的高瞻远瞩、陈华伟教授的悉心指导、博士生张鹏飞的严谨与创新、以及博士生张力文的大量实验配合,还有40余名团队成员的“心往一处想、智往一处谋、劲往一处使”,才有了今天的科研硕果。

第六,家长要关心国家大事、关心学科专业的新动向。家长也要学习、也要与时俱进,比如“互联网+、工业4.0、中国制造2025”等等,家长要为孩子提供最新的信息,也可以增加一些与孩子们交流的共同语言,否则就要被孩子边缘化。

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