当选全美国最“浪费钱”科学家
2016年5月25号，美国福克斯频道播报了这样一条新闻：一位参议员发布了一个名叫“最浪费政府资金的20项科学研究”名单，上面列出了2016年美国20个最浪费的科学课题。每年，美国有一些参议员会评选“最浪费政府资助的20项科学研究”，通常会有20个科学家上榜。但那一年，胡立德的名字在这个名单上出现了三次！也就是说，他一个人贡献了美国最浪费的科研项目的15%！看到这里，相信很多读者会跟小编一样疑惑：这个胡立德到底是何许人也？他又为什么要研究这么看似搞笑又“另类”的课题呢？且听小编一一道来。两次荣登《Nature》封面，两次获“搞笑诺贝尔奖”，三次获中国版“搞笑诺贝尔奖”今年41岁的胡立德（David Hu）是一位颇具话题性的华裔科学家。他从小在美国马里兰长大，麻省理工大学数学博士，现任美国佐治亚理工学院机械工程与生物学系教授，研究的方向是生物力学。在26岁时，胡立德的研究成果便两次登上《Nature》封面。在研究所读博士的时候，导师给他的研究课题是：昆虫是怎么在水面上行走的。这也是他进入生物力学研究的开始。当他的导师最早给他提出这个研究题目的时候，他甚至认为这都不算是一个研究。因为大家都知道，水黾之所以能够站在水上，是因为水黾腿上有很浓密的毛，这些毛也可以在水面形成足够的表面张力，来支撑它们自己的体重。而当他进行认真观察后，他发现从人类的角度看，水黾能在水面上行走是一件不可思议的事情。虽然大家知道它们是怎么在水面上立住的，但是没有人知道，它们是如何在水上行走的。于是，他和合作者使用高速摄像机对水黾在水上行走进行了研究，并找到了背后的机制。原来，水黾其实是用脚，在水的表层以下制造旋涡，借助旋涡的推力前进。但它们的腿那么小，是怎么制造出那么大的漩涡的呢？原来，它们可以通过腿让水面变形，水面变形形成的凹面会把周围的水向后推，就像船桨一样（如下图）：这个发现解决了长久以来困扰科学家的难题，研究成果后来也被选为《Nature》的封面文章。值得一提的是，后来胡立德和合作者利用该研究成果成功制造出一台机器水黾。胡立德从麻省理工学院获得博士学位后，前往纽约大学进行博士后研究，2008年加入佐治亚理工学院当教授，做的研究大多数都受到动物的启发。比如蚊子为什么不会被雨滴砸死？一只淋湿的狗，摇摆甩水多少次，可以将自己弄干？蜜蜂的毛多，还是松鼠的毛多？马尿尿需要多长时间？袋熊的粪便为什么是方形的……因为这些研究的内容十分“另类”，他又被网友戏称为“科学顽童。而就是这些看似搞笑的研究，让他两次摘得“搞笑诺贝尔奖”（Ig Nobel Prize）桂冠。2015年和2019年，胡教授因为发现“哺乳动物21秒尿尿定律”和“为什么袋熊的大便是方形的”而先后两次获得“搞笑诺贝尔奖”（Ig Nobel Prize）。搞笑诺贝尔奖（Ig Nobel Prize）是对诺贝尔奖的戏仿，主要表彰10种“乍看之下令人发笑，实则发人深省”的研究，评委和颁奖嘉宾不乏为货真价实的诺贝尔奖得主。此外，胡立德还三次获得有“中国版搞笑诺贝尔奖”之称的菠萝科学奖：2015年的获奖研究是“蚊子为什么不会被雨滴砸死”，2016年的获奖研究是“苍蝇为什么总在搓手”，2019年的获奖研究是“猫怎么用舌头清洁身体”。下面就让我们一起跟着胡教授的研究，进入一段奇妙的科学探秘之旅：有一天，胡立德教授和3个月大的儿子安静地坐在门口看雨。突然，儿子哭了起来，原来是有一只蚊子叮了他一下。胡教授觉得很奇怪，下雨的时候，雨滴掉落的速度是蚊子的10倍，雨滴比蚊子重50倍。一滴雨滴砸蚊子，就像一辆汽车砸人，蚊子怎么不会被雨滴砸死呢？为了做这个实验，胡教授带领团队在实验室里喂了几个月的蚊子，并用高速摄像机拍下了雨滴砸蚊子的过程。原来，当雨滴砸中的是翅膀时，蚊子就会向那一侧倾斜50度，让水滴顺着翅膀滑走。如果砸中身体，蚊子则不会抵抗，而是迅速随着水滴一起下落，在下落过程中，它会很快和雨滴侧向分离，恢复正常飞行。正因为蚊子很轻，雨滴砸到它们，雨滴不会破。而蚊子就像一位“太极高手”一样，“以柔克刚”，不去抵抗雨滴，因此它们受到的力并不大。那这个研究的意义到底在哪呢？后来证实，关于蚊子的研究对微型飞行器的制作十分有借鉴意义。借助这项研究，工程师可以改良设计，让微型飞行器不易被雨滴或大风弄坏。有时候轻的东西，反倒更安全。
Round 2 一只湿漉漉的狗，摇摆甩水多少次，才可以将自己甩干？
大家都见过下雨天，狗摇摆甩水，但你知道狗1秒钟能甩多少次吗？胡立德教授给出的答案是，1秒钟，狗可以甩水4次。它的加速度几乎是地球重力加速度的20倍，比赛车转弯的加速度还要大。相比之下，一只老鼠需要甩干自己，它们一秒钟要甩30次才行。为什们老鼠需要更高的甩水频率？因为贴在毛发上的水有表面张力，只有足够大的离心力，才能够挣脱这个表面张力。半径越小，离心力就越小，就像你站在旋转木马的最外面，你感受到的离心力是最大的，但是站得越靠近中心，离心力就越小。所以老鼠因为毛发半径小，甩水离心力小，它需要甩得更快，来增加离心力。那么有意思的问题就来了：为什么一只狗可以在1秒钟之内甩掉70%的水，但是洗衣机却需要几十分钟才能把衣服甩干？ 这不是因为洗衣机不好，这是因为我们没有设计很容易干的衣服。狗的毛发很容易干，但是我们的衣服，特别是牛仔裤，很不容易干。如果我们想节省能源，我们需要去大自然中寻找设计的灵感。哺乳动物和昆虫都有毛发。胡教授和他的团队测量了很多动物的毛发后发现，一只蜜蜂和一只松鼠都大约有300万根毛，而人类大概只有10万根头发。毛越多，表面积越大，更多的灰尘、水滴、花粉就越容易藏在里面。一只蜜蜂毛发的表面积，等于一片烤面包。一只猫毛发的表面积和一张乒乓球桌一样大。一只海狸毛发的表面积相当于一个溜冰场。有意思的问题来了，毛发表面积这么大，这些动物是怎么做清洁的呢？胡教授团队研究了一下蜜蜂。一只蜜蜂每天要采的花粉是它自己重量的1/3。在这个过程中，它整个身体都会被花粉覆盖。但是往往蜜蜂在2分钟之内就可以把自己弄得干干净净。它是怎么做到的呢？原来，蜜蜂的毛之间的距离，跟一颗花粉的直径是一样的，这样花粉会被卡在毛发的表层，比较容易清洁。其次，因为蜜蜂身体的毛很硬，就像弹簧一样，所以每次它用腿刷毛，毛就会把灰尘弹开。如果它每4秒钟刷一次身体， 2分钟内就可以把整个身体完全清洁干净。这个研究的意义在哪呢？原来用于外敷疗伤的纱布表面很平，可以容纳的药量不多。后来，医疗行业的工程师受胡教授这个研究的启发，设计了新型的“带毛”的药贴，这样就可以放更多的药在里面，帮助外伤的恢复。目前，这个发明已经申请到专利。这是蜜蜂体毛研究的一个意想不到的应用。因为胡教授有两个小孩，所以他每天都在做清洁。这时候一个新奇的想法就出现在他的脑海里，为什么动物不需要洗澡？猫在清洁方面是最厉害的。猫每天醒来9个小时，3个小时都在舔自己。胡教授团队进行了测量，人洗一次澡需要10升水，而猫把自己舔干净只需要3勺唾液。这么少的唾液，猫是如何清理自己的毛发的吗？如果你摸猫的舌头，顺着摸会感觉很光滑，逆着摸就会感觉很粗糙，有被砂纸刮到的感觉，这是因为猫舌头上有 290 个突起。胡教授团队成员在高速摄像机下拍摄猫使用舌头的过程。猫舌头每舔一次，大概需要1秒钟。猫的舌头伸出去，然后像一个气球一样胀开，舌头上的290个突起会立起来。所以猫舔毛，就像我们用梳子梳头发。为了有更大的实验样本， 胡教授联系了一个叫“老虎天堂”的动物保护组织。这个组织收养了很多猫科动物，包括山猫、美洲狮、雪豹、老虎和狮子。他们也搜集了很多猫科动物的舌头标本。猫舌头很小，但狮子的舌头差不多有人的头那么大。于是，他们用一把刀，很小心地把每一个舌头的突起挖出来。清洁过后，用MRI扫描，做了这个视频。后来发现，舌头上的每一根突起，实际上是一根小吸管。这让人想起蜂鸟的嘴，也是一根细小的吸管，蜂鸟通过表面张力的作用，可以用这根“吸管”喝到花蜜。同样的原理，当猫的舌头在嘴里的时候，唾液也会这样自然地进入每一个舌突起里面。当猫用舌头舔毛的时候，唾液就从位于突起尖端的小孔直接输送到毛上，所以不会浪费水，清洁效率很高。猫舔毛的过程，很容易让人联想到我们每天梳头。在过去200年里，梳子的设计一直都是硬的齿，梳子齿上面总是缠着很多头发，很难清理。受到猫舌头突起的启发，胡教授发明了一把猫舌头仿生梳子。他们采用3D打印机，打印了40根类似于猫舌突起一样的齿，放在柔软的硅胶上。这种猫舌梳，梳起来要比一般的梳子省力，清洁能力也更强。这也是胡教授实验室申请的第一个专利。科学研究的初心是什么？好玩的研究也能得到顶刊的青睐当跟随胡立德教授完成这样一趟奇妙的旅程之后，我们也许会好奇，他是怎么发现这么多有意思的研究题目？或者说他会不会因为开展这些研究而感受到压力。胡教授曾经说过，刚成为助理教授的时候，也是想跟着经费走，但是后来发现这样会人云亦云，背离研究科学的初心，于是开始寻找自己的路。“刚开始做研究，大部分时候是失败的，因为当时不知道如何去选择研究的问题。现在已经做研究10年了，有了一点经验，我会找我比较感兴趣、这个世界也比较感兴趣的一些题目。毕竟我们需要把这个研究发表，其他人的看法也很重要。另外，这个题目的实验不能太难，有时候，有些学生希望完成一个题目，但那个实验太难了，没有人能做到，我们的科技还没有达到那个程度。所以，找一个容易实现的题目也很重要。”有记者曾经问胡立德教授，“您可能已经是世界上获得幽默科学奖次数最多的人了，之后的目标会是真正的诺贝尔奖吗？”胡立德教授回答道，我觉得所有获得诺贝尔奖的科学家，他们最开始都不是为了获奖而做研究的，就像艺术家创作的时候也不会去想怎么样能让自己的画更好卖，他们只是做他们觉得最有意思的东西，所以我就继续做我觉得有意思的研究就好了。这是一个值得很多科研工作者借鉴的例子。从事科学研究本不应该以拿经费、发论文为目的，可是科学家又有实实在在的现实压力。胡立德教授的经历证明，有意思的科学研究和经费及论文并不是对立的关系。当你把良好的实验设计、认真的观测和精确的建模以及计算结合到一起的时候，有意思的研究也会受到顶尖期刊的青睐。胡立德，男，1979年出生于美国马里兰，麻省理工学院的数学和机械工程博士，现任美国佐治亚理工学院的机械工程与生物学教授以及物理学兼职教授。曾获得美国国家科学基金会青年科学家职业奖，搞笑诺贝尔物理学奖和菠萝科学奖（中国版搞笑诺贝尔奖），发表了50多篇SCI论文，其中包括Nature，Science和PNAS等顶级期刊。同时，他还是《自然科学报告》，PLOS One和《实验生物学杂志》的编辑委员会成员，也是NSF青年科学家奖，洛克希德励志青年学院奖，乔治亚州电力卓越教授奖以及SAIC，Sigma·xi和ASME的最佳论文奖的获得者。他的作品曾在《经济学人》，《纽约时报》，《国家地理》，《大众科学》，和《儿童精华》中亮相。此外，胡教授还做了很多科普和科学传播方面的工作，包括写作科普读物、参与科普纪录片拍摄等等。他曾受邀参加许多电视和广播节目的嘉宾，讨论他的研究，包括美国早安，国家公共广播电台，天气频道和探索频道。胡教授课题组网页：https://hu.gatech.edu/1. 专访｜搞笑诺贝尔奖得主胡立德：好玩的研究也是严肃的科学2. 【一席】胡立德（David Hu）: 浪費科學家
