作者僅3人！山西小伙“打破常規”收獲一篇Science

　　這是山西小伙高天的“巴黎讀博記”：2019年春，28歲的他只身來到法國巴黎，第一眼就愛上了這座城市。他進入著名的巴黎高等物理化工學院（ESPCI-Paris）PMMH實驗室，遇上了兩位不擺架子的“朋友型”導師。

　　今年8月，高天以第一作者身份在Science上發表論文。據高天回顧，從idea的產生到論文的發表，僅用不到兩年時間。

　　Science論文《可實現絕對高斯變形的氣動細胞》

　　高天告訴《中國科學報》，他很喜歡在巴黎讀博的日子。或許是因為這座城市有與他相似的特質：松弛、自由、浪漫、包容。他酷愛籃球，經常和一幫朋友約球；他喜愛藝術，科研之余和導師一起操辦藝術展，花費了大量精力。

　　至于論文為何能在Science上發表，高天的回答是：“對于這個問題，我給不出答案，我只是在做自己感興趣的研究罷了。”

　　高天

　　受玉米葉啟發，打破常規

　　這篇于8月24日發表在Science上的論文，介紹了一種“打破常規”的新設計：受到玉米等單子葉植物泡狀細胞的啟發，高天和他的導師們設計出氣動高斯細胞，可將平面轉化為具有不同高斯曲率的形狀。

　　要了解該設計是如何“打破常規”的，就要首先了解“常規”。

　　正如數學家高斯在他的開創性定理中所指出的那樣，同時向兩個方向彎曲一塊平板，需要改變平面內的距離。通常情況下，將一塊平板變為曲面物體，會導致出現褶皺或切割；反之，若將曲面材料轉化為一個平面，亦是如此。除非高斯曲率守恒，例如將一張紙轉變為圓柱體或圓錐體。

　　“你可以想象，拿一張A4紙去覆蓋一個球體，無論怎樣都會產生褶皺。或者想象，將地球展開為一張平面地圖，各大陸的形狀會不可避免地被扭曲。”高天向記者形象地解釋著。

　　幾何原理上的局限，導致了物理科學的局限。目前，大部分傳統的柔性機器人原理是讓一塊平板在一個方向上發生彎曲，但無法實現更復雜的形狀。這就限制了柔性機器人的某些功能，比如運輸流體。

　　“同時控制彎曲和面內變形仍然是領域內的重要挑戰。”高天告訴《中國科學報》，近年來，在同行的探索之下，新出現了可編程化平面內扭曲的結構材料，能實現高斯曲率的改變，但還需要對局部彎曲進行額外控制，才能精確設置最終形狀。

　　面對這個復雜的幾何問題，從小在中國山西長大的高天，從童年記憶中的玉米地里找到了答案。

　　高天想起的，是玉米地中的一個常見現象：在天氣干燥炎熱時，玉米的葉子會向內卷曲，讓葉面盡可能少地暴露在陽光下，從而減少水分流失；而在環境濕度大時，玉米的葉子又因含水量增加而舒展開來。

　　這是由于玉米葉中泡狀細胞（bulliform cell）的作用，這些細胞就像充氣氣球，可以根據含水量的多少進行膨脹和收縮，從而使葉片向平面內展開或收縮。除了玉米，其他單子葉植物也有同樣的功能。

　　帶著從玉米葉中汲取的靈感，高天設計出仿生的氣動高斯細胞，來組成平板的內部結構。充氣后，該結構會自動變形成目標殼體形狀。

　　更重要的是，該結構可快速驅動且具有可控剛度，并且使用成本較低的消費級材料制造。這為新一代柔性機器人的設計開辟了道路。

　　朋友型導師，“他們不在意投什么期刊”

　　除了高天，這篇論文還有兩位作者：José Bico和Beno?t Roman，他們就是高天在法國的兩位博士生導師。

　　José Bico是論文的第二作者，他目前任ESPCI大學的流體力學教授，曾是麻省理工學院非牛頓流體實驗室的博士后及訪問學者。

　　José Bico

　　Beno?t Roman則是論文的通訊作者，除了在PMMH實驗室工作，他還是法國國家科學研究中心（CNRS）的高級研究員。

　　Beno?t Roman

　　高天評價自己的兩位導師為朋友型導師，他告訴《中國科學報》：“比起嚴格的上下級關系，他們更像是我的長輩和朋友。他們從不會嚴格控制我的工作時間，而是更希望我可以很好地平衡生活和工作。工作之余，我們經常一起出去吃飯、喝茶、聊天，不存在等級觀念和年齡代溝。”

　　“整個實驗室都給人一種溫暖舒適、松弛有度的感覺。你會感受到獨屬于法國人的科研節奏。”高天向記者介紹道。

　　高天口中這個“很舒服”的實驗室，是隸屬于ESPCI Paris的PMMH實驗室。作為居里夫婦的母校，ESPCI Paris大學是世界頂尖的科研院校，尤其在物理和化學領域，更是排名全法第一。

　　而PMMH實驗室主打的就是一個“創新”，實驗室的研究總是以全新的想法作為起始，鼓勵新的想法、開發新的技術路線。高天的兩位導師José Bico和Beno?t Roman也沿襲了這種創新的思維方式，鼓勵學生“最大限度地自由探索，不斷發掘最新的可能性以及個人特點”。

　　高天（右一）Beno?t Roman（右二）

　　就這樣，給予學生最大的自由度，與學生處成亦師亦友的關系，學生自然會信任導師。在2021年有了初始想法后，高天立即找兩位導師討論，得到了兩位導師的肯定。2022年，高天就完成了整個實驗。

　　今年4月，高天將論文投給了Science。投稿和發表的過程相當順利，3位審稿人都很喜歡這篇論文。8月，論文正式發表。

　　“我的導師并不在意我投什么期刊，對他們而言，Science和其他期刊是一樣的。”高天笑著說，“我的導師更關注研究本身的質量和創新性，希望大家能一直做自己感興趣的研究。”

　　“非典型”理工男

　　在接受《中國科學報》采訪時，高天已經離開法國巴黎，來到了人生的下一站——美國的科羅拉多大學博爾德分校 （CU-Boulder)，在Paul M. Rady機械工程系Fran?ois Barthelat教授實驗室做博士后。

　　然而，在巴黎的那些歲月仍然讓高天懷念，并在潛移默化中影響了他的氣質。

　　與高天對話，可以明顯感受到他“非典型”理工男的氣質：他熱愛人文藝術，在巴黎結交了許多從事藝術設計類工作的朋友，業余時經常去看藝術展。他還喜歡巴黎的人文環境——雖然街頭“比較臟亂”，但其城市特質在于包容多元，不失為一種美感。

　　參觀建筑設計的高天（左四）

　　高天堅信，理工科和人文藝術一定是相通的。一方面，理工科的研究成果可以應用于人文藝術，比如物理力學的成果可以應用于時裝設計、建筑設計、裝置藝術等；而另一方面，硬科學的創新又離不開“像藝術家般”豐富的想象力。

　　不僅喜歡看展，高天還喜歡辦展。在巴黎讀博期間，他參與過3個藝術展的籌辦：埃菲爾鐵塔130周年紀念展、巴黎美院藝術家朋友的畢業設計展，以及倫敦藝術雙年展。

　　2022年11月，高天與他的兩位法國導師一起，籌辦“倫敦藝術雙年展”。當時這篇Science論文正在撰寫中，但高天仍然選擇暫時全身心投入到藝術展的籌辦上。雖然藝術展拖慢了論文的進程，但高天回想起那段時間，還是覺得“很值”。

　　辦展中的高天

　　在高天的身上，好似看不到論文焦慮、年齡焦慮。他坦言：“科研工作中肯定存在壓力，而我的兩位法國導師給我帶來了好的影響，即擺脫一些焦慮和浮躁的東西。”

　　對于未來的去向，高天持開放態度：“未來的可能性很多。我希望留在理工科領域繼續開展研究工作，去探索新的想法、開發新的技術。當然，如果去藝術設計領域從事科技藝術工作，應該是另一種很酷的體驗。”