绿叶迭叠覆远山,分形枝脉韵光伏

向大自然学习是人类的一种姿态,国内外诸多学者对此孜孜以求,但似乎并不十分顺利。树叶叶脉结构是一种十分高效的输运网络结构,人类利用这种结构开展了一些诸如公共交通宏观体系设计之类的研究,但这仅仅只是树叶功能一些皮毛。从另外一个视角,如果将这些类分形结构用在透明导电电极的结构设计上,对光生载流子的捕捉和输运又将是何等一番景象?

数千年来,人类在依靠自然和摆脱自然的纠结争斗中生老病死,亦或者走向文明。这个过程,或高山流水、或晦暗无尘,有很多可歌可泣与可圈可点的历史片段,组成文明进化的甲骨文。不过,向大自然学习是人类傲视自然之后的一种姿态,到现在已成为一种时尚和高尚的标志,也让人啧啧称道。其中一个枝蔓就是仿生学了。即便到最近,仿生学也是一门听起来让人肃然起敬的学问,就像Nature和Science青睐科学考证一类的文章似的,既令人亲切又让人称奇。比如,中国科学技术大学俞书宏穷其聪颖智慧以制作还不算那么美丽的贝壳[1]、上海交通大学张荻尽佛道手腕玩弄叶脉以制造还不那么神似的骨架材料[2],就是其中两个例子。我们有幸得到张荻老师赐赠其大作一册,讲述他如何把玩树叶以益其心志,使得他现在看起来更加仙风鹤骨的样子。俞书宏老师当然也是帅哥一枚,平日里总是精致尽然、笑容可掬。这大概都是学问之道到了一定境界所致。

仿生学的内涵是什么并非我们所长,我们不知其然,更不知其所以然。但是,我们知道人类虽然自以为非地球之平常物类,但也并没有从大自然学到太多东西。比如,制备出一个真实的树叶,人类似乎还没有办法。即便向大自然学习使用树叶,也不过是略知皮毛,并无多少值得炫耀和自夸之处。

据说自然界最大的树叶是南美洲的亚马逊棕榈,一片叶子连柄带叶有24.7m长。树叶之类漫山遍野,从数学物理学角度看最可几的就是叶脉了,示于图1(a)。

叶脉型材芊瘦,用仙风道骨形容较为妥帖(张荻老师对此是否有戚戚然之感?)。在下狂妄,概括其基本特征如下:分支结构,一级一级分叉;其躯干每经一级分级都变瘦,直径减小;向空间延伸无特定的取向,哪里营养来源丰富就向哪里分叉延伸。此种延伸之势,虽生气勃勃时不能无穷无尽,然枯萎飘落之前也应该是未尽的梦想。这种结构被后人类比为物理上的分形结构,如图1(b),引起广泛







































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