史上最「浪費錢」科學家

當選全美國最「浪費錢」科學家

2016年5月25號，美國福克斯頻道播報了這樣一條新聞：一位參議員發布了一個名叫「最浪費政府資金的20項科學研究」名單，上面列出了2016年美國20個最浪費的科學課題。

每年，美國有一些參議員會評選「最浪費政府資助的20項科學研究」，通常會有20個科學家上榜。但那一年，胡立德的名字在這個名單上出現了三次！也就是說，他一個人貢獻了美國最浪費的科研項目的15%！

2016年最浪費政府資金的20項科學研究

看到這裡，相信很多讀者會跟小編一樣疑惑：這個胡立德到底是何許人也？他又為什麼要研究這麼看似搞笑又「另類」的課題呢？且聽小編一一道來。

兩次榮登《Nature》封面，兩次獲「搞笑諾貝爾獎」，三次獲中國版「搞笑諾貝爾獎」

今年41歲的胡立德（David Hu）是一位頗具話題性的華裔科學家。他從小在美國馬裡蘭長大，麻省理工大學數學博士，現任美國喬治亞理工學院機械工程與生物學系教授，研究的方向是生物力學。在26歲時，胡立德的研究成果便兩次登上《Nature》封面。

在研究所讀博士的時候，導師給他的研究課題是：昆蟲是怎麼在水面上行走的。這也是他進入生物力學研究的開始。當他的導師最早給他提出這個研究題目的時候，他甚至認為這都不算是一個研究。因為大家都知道，水黽之所以能夠站在水上，是因為水黽腿上有很濃密的毛，這些毛也可以在水面形成足夠的表面張力，來支撐它們自己的體重。

而當他進行認真觀察後，他發現從人類的角度看，水黽能在水面上行走是一件不可思議的事情。雖然大家知道它們是怎麼在水面上立住的，但是沒有人知道，它們是如何在水上行走的。

於是，他和合作者使用高速攝像機對水黽在水上行走進行了研究，並找到了背後的機制。原來，水黽其實是用腳，在水的表層以下製造旋渦，藉助旋渦的推力前進。但它們的腿那麼小，是怎麼製造出那麼大的漩渦的呢？原來，它們可以通過腿讓水面變形，水面變形形成的凹面會把周圍的水向後推，就像船槳一樣（如下圖）：

這個發現解決了長久以來困擾科學家的難題，研究成果後來也被選為《Nature》的封面文章。值得一提的是，後來胡立德和合作者利用該研究成果成功製造出一臺機器水黽。

胡立德從麻省理工學院獲得博士學位後，前往紐約大學進行博士後研究，2008年加入喬治亞理工學院當教授，做的研究大多數都受到動物的啟發。比如蚊子為什麼不會被雨滴砸死？一隻淋溼的狗，搖擺甩水多少次，可以將自己弄乾？蜜蜂的毛多，還是松鼠的毛多？馬尿尿需要多長時間？袋熊的糞便為什麼是方形的……

因為這些研究的內容十分「另類」，他又被網友戲稱為「科學頑童。

而就是這些看似搞笑的研究，讓他兩次摘得「搞笑諾貝爾獎」（Ig Nobel Prize）桂冠。2015年和2019年，胡教授因為發現「哺乳動物21秒尿尿定律」和「為什麼袋熊的大便是方形的」而先後兩次獲得「搞笑諾貝爾獎」（Ig Nobel Prize）。搞笑諾貝爾獎（Ig Nobel Prize）是對諾貝爾獎的戲仿，主要表彰10種「乍看之下令人發笑，實則發人深省」的研究，評委和頒獎嘉賓不乏為貨真價實的諾貝爾獎得主。

此外，胡立德還三次獲得有「中國版搞笑諾貝爾獎」之稱的菠蘿科學獎：2015年的獲獎研究是「蚊子為什麼不會被雨滴砸死」，2016年的獲獎研究是「蒼蠅為什麼總在搓手」，2019年的獲獎研究是「貓怎麼用舌頭清潔身體」。

下面就讓我們一起跟著胡教授的研究，進入一段奇妙的科學探秘之旅：

Round 1 蚊子為什麼不會被雨滴砸死？

有一天，胡立德教授和3個月大的兒子安靜地坐在門口看雨。突然，兒子哭了起來，原來是有一隻蚊子叮了他一下。胡教授覺得很奇怪，下雨的時候，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，就像一輛汽車砸人，蚊子怎麼不會被雨滴砸死呢？

為了做這個實驗，胡教授帶領團隊在實驗室裡餵了幾個月的蚊子，並用高速攝像機拍下了雨滴砸蚊子的過程。

原來，當雨滴砸中的是翅膀時，蚊子就會向那一側傾斜50度，讓水滴順著翅膀滑走。如果砸中身體，蚊子則不會抵抗，而是迅速隨著水滴一起下落，在下落過程中，它會很快和雨滴側向分離，恢復正常飛行。

正因為蚊子很輕，雨滴砸到它們，雨滴不會破。而蚊子就像一位「太極高手」一樣，「以柔克剛」，不去抵抗雨滴，因此它們受到的力並不大。

那這個研究的意義到底在哪呢？後來證實，關於蚊子的研究對微型飛行器的製作十分有借鑑意義。藉助這項研究，工程師可以改良設計，讓微型飛行器不易被雨滴或大風弄壞。有時候輕的東西，反倒更安全。

Round 2 一隻溼漉漉的狗，搖擺甩水多少次，才可以將自己甩幹？

怎麼讓自己身體保持乾燥，對哺乳動物來說非常關鍵。

大家都見過下雨天，狗搖擺甩水，但你知道狗1秒鐘能甩多少次嗎？

胡立德教授給出的答案是，1秒鐘，狗可以甩水4次。它的加速度幾乎是地球重力加速度的20倍，比賽車轉彎的加速度還要大。

相比之下，一隻老鼠需要甩幹自己，它們一秒鐘要甩30次才行。

為什們老鼠需要更高的甩水頻率？因為貼在毛髮上的水有表面張力，只有足夠大的離心力，才能夠掙脫這個表面張力。半徑越小，離心力就越小，就像你站在旋轉木馬的最外面，你感受到的離心力是最大的，但是站得越靠近中心，離心力就越小。所以老鼠因為毛髮半徑小，甩水離心力小，它需要甩得更快，來增加離心力。

那麼有意思的問題就來了：為什麼一隻狗可以在1秒鐘之內甩掉70%的水，但是洗衣機卻需要幾十分鐘才能把衣服甩幹？ 這不是因為洗衣機不好，這是因為我們沒有設計很容易幹的衣服。狗的毛髮很容易幹，但是我們的衣服，特別是牛仔褲，很不容易幹。如果我們想節省能源，我們需要去大自然中尋找設計的靈感。

Round 3 蜜蜂的毛多，還是松鼠的毛多？

哺乳動物和昆蟲都有毛髮。胡教授和他的團隊測量了很多動物的毛髮後發現，一隻蜜蜂和一隻松鼠都大約有300萬根毛，而人類大概只有10萬根頭髮。毛越多，表面積越大，更多的灰塵、水滴、花粉就越容易藏在裡面。

一隻蜜蜂毛髮的表面積，等於一片烤麵包。一隻貓毛髮的表面積和一張桌球桌一樣大。一隻海狸毛髮的表面積相當於一個溜冰場。有意思的問題來了，毛髮表面積這麼大，這些動物是怎麼做清潔的呢？

胡教授團隊研究了一下蜜蜂。一隻蜜蜂每天要採的花粉是它自己重量的1/3。在這個過程中，它整個身體都會被花粉覆蓋。但是往往蜜蜂在2分鐘之內就可以把自己弄得乾乾淨淨。它是怎麼做到的呢？

原來，蜜蜂的毛之間的距離，跟一顆花粉的直徑是一樣的，這樣花粉會被卡在毛髮的表層，比較容易清潔。

其次，因為蜜蜂身體的毛很硬，就像彈簧一樣，所以每次它用腿刷毛，毛就會把灰塵彈開。如果它每4秒鐘刷一次身體， 2分鐘內就可以把整個身體完全清潔乾淨。

這個研究的意義在哪呢？原來用於外敷療傷的紗布表面很平，可以容納的藥量不多。後來，醫療行業的工程師受胡教授這個研究的啟發，設計了新型的「帶毛」的藥貼，這樣就可以放更多的藥在裡面，幫助外傷的恢復。目前，這個發明已經申請到專利。這是蜜蜂體毛研究的一個意想不到的應用。

Round 4 貓是如何清潔自己的身體的？

因為胡教授有兩個小孩，所以他每天都在做清潔。這時候一個新奇的想法就出現在他的腦海裡，為什麼動物不需要洗澡？

貓在清潔方面是最厲害的。貓每天醒來9個小時，3個小時都在舔自己。胡教授團隊進行了測量，人洗一次澡需要10升水，而貓把自己舔乾淨只需要3勺唾液。

這麼少的唾液，貓是如何清理自己的毛髮的嗎？如果你摸貓的舌頭，順著摸會感覺很光滑，逆著摸就會感覺很粗糙，有被砂紙刮到的感覺，這是因為貓舌頭上有 290 個突起。

胡教授團隊成員在高速攝像機下拍攝貓使用舌頭的過程。貓舌頭每舔一次，大概需要1秒鐘。貓的舌頭伸出去，然後像一個氣球一樣脹開，舌頭上的290個突起會立起來。所以貓舔毛，就像我們用梳子梳頭髮。

為了有更大的實驗樣本， 胡教授聯繫了一個叫「老虎天堂」的動物保護組織。這個組織收養了很多貓科動物，包括山貓、美洲獅、雪豹、老虎和獅子。他們也搜集了很多貓科動物的舌頭標本。貓舌頭很小，但獅子的舌頭差不多有人的頭那麼大。於是，他們用一把刀，很小心地把每一個舌頭的突起挖出來。清潔過後，用MRI掃描，做了這個視頻。後來發現，舌頭上的每一根突起，實際上是一根小吸管。

這讓人想起蜂鳥的嘴，也是一根細小的吸管，蜂鳥通過表面張力的作用，可以用這根「吸管」喝到花蜜。

同樣的原理，當貓的舌頭在嘴裡的時候，唾液也會這樣自然地進入每一個舌突起裡面。當貓用舌頭舔毛的時候，唾液就從位於突起尖端的小孔直接輸送到毛上，所以不會浪費水，清潔效率很高。

貓舔毛的過程，很容易讓人聯想到我們每天梳頭。在過去200年裡，梳子的設計一直都是硬的齒，梳子齒上面總是纏著很多頭髮，很難清理。

受到貓舌頭突起的啟發，胡教授發明了一把貓舌頭仿生梳子。他們採用3D印表機，列印了40根類似於貓舌突起一樣的齒，放在柔軟的矽膠上。這種貓舌梳，梳起來要比一般的梳子省力，清潔能力也更強。這也是胡教授實驗室申請的第一個專利。

科學研究的初心是什麼？好玩的研究也能得到頂刊的青睞

當跟隨胡立德教授完成這樣一趟奇妙的旅程之後，我們也許會好奇，他是怎麼發現這麼多有意思的研究題目？或者說他會不會因為開展這些研究而感受到壓力。

胡教授曾經說過，剛成為助理教授的時候，也是想跟著經費走，但是後來發現這樣會人云亦云，背離研究科學的初心，於是開始尋找自己的路。「剛開始做研究，大部分時候是失敗的，因為當時不知道如何去選擇研究的問題。現在已經做研究10年了，有了一點經驗，我會找我比較感興趣、這個世界也比較感興趣的一些題目。畢竟我們需要把這個研究發表，其他人的看法也很重要。另外，這個題目的實驗不能太難，有時候，有些學生希望完成一個題目，但那個實驗太難了，沒有人能做到，我們的科技還沒有達到那個程度。所以，找一個容易實現的題目也很重要。」

有記者曾經問胡立德教授，「您可能已經是世界上獲得幽默科學獎次數最多的人了，之後的目標會是真正的諾貝爾獎嗎？」

胡立德教授回答道，我覺得所有獲得諾貝爾獎的科學家，他們最開始都不是為了獲獎而做研究的，就像藝術家創作的時候也不會去想怎麼樣能讓自己的畫更好賣，他們只是做他們覺得最有意思的東西，所以我就繼續做我覺得有意思的研究就好了。

這是一個值得很多科研工作者借鑑的例子。從事科學研究本不應該以拿經費、發論文為目的，可是科學家又有實實在在的現實壓力。胡立德教授的經歷證明，有意思的科學研究和經費及論文並不是對立的關係。

當你把良好的實驗設計、認真的觀測和精確的建模以及計算結合到一起的時候，有意思的研究也會受到頂尖期刊的青睞。

胡立德教授簡介

胡立德，男，1979年出生於美國馬裡蘭，麻省理工學院的數學和機械工程博士，現任美國喬治亞理工學院的機械工程與生物學教授以及物理學兼職教授。曾獲得美國國家科學基金會青年科學家職業獎，搞笑諾貝爾物理學獎和菠蘿科學獎（中國版搞笑諾貝爾獎），發表了50多篇SCI論文，其中包括Nature，Science和PNAS等頂級期刊。同時，他還是《自然科學報告》，PLOS One和《實驗生物學雜誌》的編輯委員會成員，也是NSF青年科學家獎，洛克希德勵志青年學院獎，喬治亞州電力卓越教授獎以及SAIC，Sigma·xi和ASME的最佳論文獎的獲得者。他的作品曾在《經濟學人》，《紐約時報》，《國家地理》，《大眾科學》，和《兒童精華》中亮相。

此外，胡教授還做了很多科普和科學傳播方面的工作，包括寫作科普讀物、參與科普紀錄片拍攝等等。他曾受邀參加許多電視和廣播節目的嘉賓，討論他的研究，包括美國早安，國家公共廣播電臺，天氣頻道和探索頻道。

胡教授課題組網頁：https://hu.gatech.edu/

參考資料：

1. 專訪｜搞笑諾貝爾獎得主胡立德：好玩的研究也是嚴肅的科學

2. 【一席】胡立德（David Hu）: 浪費科學家

來源：高分子科學前沿

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