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【青托故事】 探索蜘蛛丝奥秘的“蜘蛛侠” (刘大彪)

发布日期:2021年07月05日

中国力学学会第二期青年托举人才——华中科技大学刘大彪,在刚开始独立做研究时,其研究方向主要是微尺度力学测量方法与仪器研制、应变梯度塑性理论,但因为研究经费捉襟见肘、研究方向单一,他一度面临如何独立申请科研项目、如何拓展研究思路并做出有原创性的科研工作的难题。恰逢此时,犹如雪中送炭,刘大彪获得了中国科协第二届青年人才托举工程的支持,开始了在青托平台上的科研之路。

在青托项目的支持下,刘大彪组建了一支特色鲜明的研究团队,针对高性能纤维力学性能及其结构与变形关系、纤维基人工肌肉的致动机理与多尺度力学表征等领域进行了深入研究,并取得了一系列引人瞩目的成果。例如,改进了自主研制的单纤维扭转力学性能试验机,为微尺度材料扭转力学性能测试提供了新手段,被国际同行评价为“新颖的自动扭秤技术”、“灵巧的”、“高分辨率扭转实验技术”、“极好的实验设计”。利用改进后的微扭转实验装置,尝试探索蜘蛛丝具有优异力学性能背后的奥秘,成功揭示了蜘蛛牵引丝的独特抗扭机制,并发现了蜘蛛丝遇湿扭转的新特性。相关研究成果分别发表在《Applied Physics Letters》(封面文章)和《Science Advances》期刊上,并被Science、Nature、Physics Today、Materials Today、Physics Word、MRS Bulletin、AIP、Daily Mail、BBC、The Conversation、Science Daily、ScienceNews、MIT News、新华网等数十家国内外权威杂志和主流媒体积极评述和报道。刘大彪及其合作者发现蜘蛛丝可以用作湿度驱动的扭转致动器,并有望用于开发新型人工肌肉。著名固体力学家、美国工程院院士黄永刚教授评价该工作“利用蜘蛛丝对湿度的高度敏感性,证明了蜘蛛丝可以被制作为非常精确的扭转驱动器。这是一个新颖的概念,它可能在电子、生物医学等多个领域得到应用。该工作结合了分子模拟、实验验证和深入的分析,从而将化学键基本变化与宏观现象联系起来。从基础科学的角度讲,这是至关重要的,同时对于应用也是令人兴奋的。”著名生物物理学家、美国威斯康星大学麦迪逊分校教授Pupa Gilbert评价说,“这是一个奇妙的发现,因为作者观察到蜘蛛丝的扭转是巨大的。这种具备特殊性能的分子机制可用来制造由湿度驱动的软体机器人或智能面料。”

近三年来,中国力学学会为被托举人提供了丰富的学术交流平台和个性化的培养方案,使得刘大彪逐渐成长为其研究领域内有影响力的学者,树立了自己的科研标签。“青年学术沙龙”和“力学学科青年学者研讨会”给被托举人提供了展示学术的机会,搭建了青年人之间、青年人和著名学者之间沟通的桥梁,开拓了刘大彪的学术视野,并使其结识了诸多科研伙伴。“中泰力学双边研讨会”、“中意生物力学研讨会”、“中美双边力学研讨会”等提供了被托举人与世界各地青年学者交流和学习的平台,丰富了刘大彪的国际学术视野,并促进了其与世界其他顶尖课题组之间的合作。“导师制”为刘大彪匹配了两位导师——陈少华教授和龚兴龙教授,通过一对一的个性化培养和指导,帮助其规划科研人生,为其提供了更为开阔的研究思路,使其得到快速的成长。“完善的评价体系”为被托举人提供了自由的学术成长环境,使刘大彪能够潜心学术,自由探索,不必频繁应付考核。正是这些优质学术活动和个性化培养方案的开展,使得如刘大彪这些青托人才能够坚定自己的信念,瞄准学科领域内的基础前沿性问题,锐意进取,逐渐沉淀出有特色的原创性科研成果。

刘大彪在入选青年人才托举工程后在国际权威期刊上发表论文23篇,授权发明专利1项。他还入选了欧盟“玛丽•斯科罗多夫斯卡•居里”学者(MSCA-IF,2016),并获得了第二届“王仁青年科技奖”(2017),作为负责人获得国家自然科学基金两项、应用力学与结构安全四川省重点实验室开放课题一项等。


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