近日，廣東全省科技創(chuàng)新大會(huì)召開(kāi)，會(huì)上頒發(fā)了2021年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。中山大學(xué)航空航天學(xué)院教授胡玲玲與富明慧共同完成的“拉脹材料的力學(xué)行為機(jī)理與增強(qiáng)機(jī)制”獲得自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

從1996年起，還是在清華大學(xué)工程力學(xué)系做博士后期間，富明慧開(kāi)始研究蜂窩材料，這為日后開(kāi)展拉脹材料的研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。因從小就患有視網(wǎng)膜色素變性這種遺傳性疾病，富明慧經(jīng)歷了從視力模糊到完全失明的煎熬?！爱?dāng)處在失明的臨界點(diǎn)，我陷入焦慮和痛苦中。為了節(jié)省眼力，我努力反復(fù)回想著知識(shí)點(diǎn)，在腦海中經(jīng)常進(jìn)行著建立模型、推導(dǎo)公式的工作。當(dāng)真正失明后，我的大腦已經(jīng)適應(yīng)了這些建模和推導(dǎo)工作，這讓我反而變得坦然?！备幻骰壅f(shuō)。

因?yàn)楹闷嫘?、不服輸?shù)膭蓬^和堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)，富明慧沒(méi)有被失明打垮。從研究拉脹材料到負(fù)熱膨脹材料等新型材料，他也正不斷踏入新的科研疆域?！笆骺隙ㄊ莻€(gè)巨大障礙。但只要有興趣、有自信，盲人是完全可以開(kāi)展科研工作的?！备幻骰壅f(shuō)。

揭秘神奇材料的力學(xué)行為機(jī)理和增強(qiáng)機(jī)制

拉脹材料是科學(xué)家正在研究的最有趣材料之一。自然界的大多數(shù)材料受到拉伸時(shí)橫截面將變小，而受到壓縮時(shí)橫截面將增大。而拉脹材料恰恰相反，具有受拉時(shí)其橫截面膨脹，而受壓縮時(shí)其橫截面收縮的力學(xué)特性。

所以拉脹材料擁有諸多獨(dú)特性能，優(yōu)越的抗沖擊性能、抗斷裂韌性、優(yōu)異的抗剪切能力等等。比如該材料被內(nèi)置到跑鞋的鞋底里，當(dāng)跑鞋撞擊地面時(shí)鞋底不僅不會(huì)被壓平反而會(huì)增厚，就可以很好地減小沖擊力。該材料同樣在海洋深水作業(yè)、制造太空飛行器等方面有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

1987年，美國(guó)學(xué)者LAKES制成了世界上第一個(gè)人工制造的拉脹泡沫塑料，他發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的成果開(kāi)始引起學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈興趣?！耙郧叭藗円詾橹挥凶匀唤绮庞欣洸牧?，這項(xiàng)成果發(fā)表時(shí)，人們才發(fā)現(xiàn)可以人工制造出這種材料，拉脹材料的研究從此成為熱點(diǎn)?！备幻骰鄹嬖V記者，拉脹材料還處在基礎(chǔ)研究的探索階段，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工程應(yīng)用，還需要大量的研究工作。

拉脹材料所具有的獨(dú)特性能取決于其特殊的細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)。胡玲玲與富明慧針對(duì)拉脹材料的細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)與形變機(jī)理做了大量的研究工作。

“這項(xiàng)研究的理論性很強(qiáng)，我們會(huì)先設(shè)想材料的微結(jié)構(gòu)，然后用計(jì)算去驗(yàn)證假設(shè)。驗(yàn)證成功后，再用3Ｄ打印技術(shù)打印出模型，隨后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬的方式來(lái)確認(rèn)材料的新性能。有一些傳統(tǒng)理論無(wú)法描述新材料的新性能，我們也要去用理論去彌補(bǔ)其中的不足?！备幻骰壅f(shuō)。

普通材料是使用經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)理論來(lái)預(yù)測(cè)其力學(xué)性能。胡玲玲和富明慧的研究則闡明了拉脹材料與連續(xù)介質(zhì)的物性差異，揭示了用經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)理論預(yù)測(cè)拉脹材料力學(xué)性能所存在的問(wèn)題和局限性。

拉脹材料雖具有一些奇特的性能，但在強(qiáng)度、剛度方面卻不夠理想。他們的研究則揭示了拉脹材料力學(xué)性能劣化的細(xì)觀(guān)機(jī)理，提出軸力主導(dǎo)與彎曲主導(dǎo)組合的增強(qiáng)機(jī)制，有效解決了拉脹材料一直面臨的強(qiáng)度低、剛度小的難題。

此外，拉脹材料作為蜂窩材料中的一類(lèi)，反映蜂窩材料等效彈性參數(shù)的Gibson公式形式簡(jiǎn)單,得到了廣泛的應(yīng)用。但該公式應(yīng)用到數(shù)值有限元分析時(shí)，卻存在使計(jì)算不能進(jìn)行的缺陷。他們的研究則克服了經(jīng)典Gibson公式導(dǎo)致剛度矩陣奇異的不合理性，發(fā)展了考慮胞元坍塌效應(yīng)和變形機(jī)制轉(zhuǎn)換的細(xì)觀(guān)大變形理論。

失明卻練就“腦內(nèi)建?！北绢I(lǐng)

“我和胡玲玲教授的合作開(kāi)始于8年前，這個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的研究中，我們有各自獨(dú)立完成的部分，也有合作完成的內(nèi)容?！备幻骰壅f(shuō)，胡玲玲教授涉獵面較廣，對(duì)國(guó)際研究動(dòng)態(tài)了解更全面，所以在把握研究方向、凝練科學(xué)問(wèn)題、論文寫(xiě)作等方面做了很多工作。而自己因?yàn)槭鞯脑?，主要在基礎(chǔ)理論的研究建模、公式推導(dǎo)上發(fā)力。

“在與富老師的接觸過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)富老師邏輯思路很清晰，并有很好的力學(xué)功底，尤其擅長(zhǎng)靜態(tài)彈性理論，這與我所擅長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)塑性和大變形理論形成了互補(bǔ)。這些年我們共同指導(dǎo)了十多名碩士生和博士生，取得了豐富的研究成果，我們的合作非常愉快！”胡玲玲教授告訴記者，雖然富老師雙目失明，但一直堅(jiān)持教學(xué)和科研工作，自己被他這種自強(qiáng)不息的精神所感動(dòng)。

富明慧于1997年入職中山大學(xué)應(yīng)用力學(xué)與工程系，此時(shí)他的眼疾已經(jīng)特別嚴(yán)重。“當(dāng)時(shí)我看一會(huì)書(shū)，眼睛就會(huì)疲勞。隨著病情的發(fā)展，我只能用放大鏡看書(shū)，一次只能看到一兩個(gè)字。看了半天一頁(yè)都翻不過(guò)去，心里也是很累?！备幻骰壅f(shuō)。

別人可以數(shù)遍研讀一篇文獻(xiàn)來(lái)獲取知識(shí)，富明慧的眼睛無(wú)法支持他這樣做?！耙?yàn)橐暳Φ挠绊?，我就盡可能看一遍，不斷停下回想剛才看到的內(nèi)容，長(zhǎng)此以往，我看一遍就把知識(shí)消化了。”富明慧說(shuō)，隨著病情的發(fā)展，他大腦建模運(yùn)算的能力竟訓(xùn)練得越來(lái)越強(qiáng)。

視網(wǎng)膜色素變性是一種漸變式、不可逆的疾病。富明慧從小學(xué)階段就忍受著疾病折磨，他在研究生階段也已經(jīng)有了預(yù)感——最終結(jié)局將是完全失明。但是處在失明的臨界點(diǎn)卻是最為痛苦，這種等待命運(yùn)審判般的焦慮一度讓富明慧對(duì)人生產(chǎn)生疑慮。

“當(dāng)時(shí)我已經(jīng)來(lái)到中山大學(xué)工作，失明后我不知道是否還能繼續(xù)教學(xué)和科研工作。2001年完全失明后，壓力反而小多了?！?富明慧說(shuō)，自己能可以從記憶中找回大多數(shù)知識(shí)，個(gè)別時(shí)候讓家人學(xué)生幫忙讀一讀內(nèi)容，保證自己能夠完成工作。

富明慧花在上課的心血很多。為了做到調(diào)理清晰，他首先要用電腦聽(tīng)、靠家人或者學(xué)生讀的方式了解和熟悉講義，把授課內(nèi)容熟記于心。他在家人和學(xué)生們的配合下，還要制成多媒體課件。在上課前，他還會(huì)把授課的過(guò)程反復(fù)排演，直至準(zhǔn)確無(wú)誤。

為了克服板書(shū)的難題。他和學(xué)生發(fā)明了“兩塊磁鐵”教具。在板書(shū)時(shí)，他只需要把第一塊磁鐵放在黑板的左側(cè)，以此為高度，從左向右書(shū)寫(xiě)，寫(xiě)完一行就把磁鐵下移一行。如果需要中間停下來(lái)做講解，那就把第二塊磁鐵放在停下的位置，給學(xué)生們講解后，摸到第二塊磁鐵就可以繼續(xù)板書(shū)。

沉醉于探索科學(xué)的過(guò)程

“腦內(nèi)建?！钡谋绢I(lǐng)支撐了富明慧繼續(xù)科研和教學(xué)的自信。因?yàn)橐暳υ?，富明慧主要從事偏理論的研究，他也可以不受時(shí)間地點(diǎn)的限制進(jìn)行工作。

富明慧常會(huì)坐在椅子上思考，腦中則進(jìn)行著復(fù)雜的運(yùn)算，同時(shí)通過(guò)讀屏軟件等工具的輔助將自己的研究成果輸出在電腦上。為了閱讀科學(xué)文獻(xiàn)，富明慧會(huì)請(qǐng)自己的研究生將文獻(xiàn)念給自己，富明慧則會(huì)把文獻(xiàn)的精華指出給學(xué)生。“文獻(xiàn)的閱讀是我們師生互動(dòng)的一個(gè)過(guò)程，我會(huì)指出其中的思路，強(qiáng)調(diào)那些值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的地方，還會(huì)指出需要進(jìn)一步深入探索的地方，由此擴(kuò)展自己和學(xué)生們科研的思路與方法?！备幻骰壅f(shuō)。

這種特殊的教學(xué)和科研方式，讓師生雙方都受益頗多?！拔覀冏约喝プx文獻(xiàn)，會(huì)錯(cuò)過(guò)很多重要的細(xì)節(jié)。但當(dāng)我們讀給富老師聽(tīng)時(shí)，富老師會(huì)給我們提示很多自己想不到的東西，這對(duì)學(xué)生加深理解知識(shí)很有幫助?！备幻骰鄣牟┦可S靖翔對(duì)記者說(shuō)。

黃靖翔自從2018年起就是富明慧的碩士研究生，像他這樣跟著富老師碩博連讀已經(jīng)有十多人了。黃靖翔說(shuō)，富明慧清楚地記得每位學(xué)生課題的進(jìn)展，并常常致電學(xué)生督促學(xué)習(xí)并隨時(shí)解答疑問(wèn)。

“給富老師匯報(bào)時(shí)，你根本無(wú)法漏過(guò)一點(diǎn)小細(xì)節(jié)。因?yàn)楦焕蠋煼浅?yán)格，會(huì)不斷追問(wèn)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。我們?cè)谒媲耙稽c(diǎn)也馬虎不得?！秉S靖翔說(shuō)。

對(duì)科研的嚴(yán)謹(jǐn)，來(lái)自富明慧從小對(duì)科學(xué)的興趣?！懊慨?dāng)學(xué)到一些新知識(shí)，解決了好奇的問(wèn)題。這種滿(mǎn)足感會(huì)驅(qū)使我去了解新的未知領(lǐng)域?！备幻骰壅f(shuō)，科研成果或許也很重要，但是他最沉醉于探索科學(xué)的過(guò)程。所以長(zhǎng)期研究常規(guī)材料的他，能夠以同樣的熱情投入拉脹材料等新材料的研究。

失明不是翻不過(guò)去的大山，因?yàn)楦幻骰坌闹杏凶约旱臒羲?。他從小從?shū)本上了解到瑞士數(shù)學(xué)家萊昂哈德·歐拉的故事：歐拉為后人留下了初等幾何的歐拉線(xiàn)、多面體的歐拉定理、數(shù)論的歐拉函數(shù)、變分法的歐拉方程、復(fù)變函數(shù)的歐拉公式等重要常數(shù)、公式和定理，并在雙目失明后研究變得更加高產(chǎn)。富明慧在莫斯科大學(xué)留學(xué)讀博士時(shí)，大學(xué)里也曾經(jīng)有過(guò)一位名為列夫·龐特里亞金的盲人數(shù)學(xué)家，十幾歲就失明的他研究微分對(duì)策，發(fā)展了最優(yōu)控制理論。

“人常會(huì)有堅(jiān)持不下去的時(shí)候，我就會(huì)想到歐拉、龐特里亞金。他們同樣是失明，也許在更困難的條件下，仍做出舉世矚目的科研成果。這是一種激勵(lì)，我所處的環(huán)境條件比他們那時(shí)更好，我更有理由堅(jiān)持下去?！备幻骰蹐?jiān)毅地說(shuō)。

原標(biāo)題：盲人教授獲得廣東省科技獎(jiǎng)：心中有燈塔，憑記憶和心算也要奮斗

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