浪費科學家的自白

上週,我的三個專案出現在一位參議員的 可疑研究清單上。請允許我解釋……

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


上週,美國參議員傑夫·弗萊克釋出了他認為最浪費政府資金的20項科學調查清單。 這份清單旨在被人閱讀。它以五年級語言寫成,並充滿了色彩鮮豔的動物卡通。 當我看到這份報告時,我想到了我自己的兩個孩子,5歲的哈里和3歲的海蒂,他們很快就能讀到有關專題研究的內容。 當我的孩子們閱讀它時,他們將學到兩件事。 首先,存在一種叫做浪費科學的東西,而且它很猖獗。 在列出的20項研究中,可能還有成千上萬的其他研究需要解釋和動機。

參議員弗萊克的恥辱清單。 圖片來源:美國參議員傑夫·弗萊克辦公室

我的孩子們將學到的第二件事是,20項中最浪費的科學研究中有三項,或者說佔美國最浪費科學研究的15%,是由他們的父親貢獻的。 我們觀察了狗甩掉身上的水,測量了睫毛的長度,數了數十種動物的毛髮,並研究了幾種物種的身體過程。


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我叫大衛·胡,我是一名“浪費”的科學家。 這是我的自白。

當我回顧過去15年生命中花費的近300萬美元研究經費時,我感到震驚。 這比我的父母一生賺的錢還多,比我一生將要賺的錢還多,也比我的孩子們一生將要賺的錢還多。 我花費了這些資金,卻仍然未能說服其他人這項工作的重要性,這是我的失敗。 我的失敗是一個失敗的科學體系的一部分,在這個體系中,普通人無法理解普通科學家在做什麼。

自2012年以來,我一直對動物如何清潔自身感到著迷。 因為它們就在我們周圍,而且清潔是如此平凡的活動,所以我能理解為什麼這種痴迷會被視為浪費。 

然而,動物的大部分行為對科學家來說仍然完全是個謎。 當我還是學生的時候,我以為95%的知識已經被解決了。 但事實上,我們只瞭解我們周圍世界的一小部分,尤其是在生物學領域。 例如,我們無法理解為什麼狗走路如此輕鬆自如。 機器人仍然無法像狗一樣靈活移動,狗的肌腱、骨骼和特殊位置的感測器之間存在複雜的相互作用,使其看起來像魔法一樣。 最簡單的問題仍然是最難回答的問題之一。

清潔問題是人類面臨的巨大挑戰。 有效的清潔策略對於我們的下一代清潔能源尤為重要。 太陽能電池板以固定的速度積聚灰塵,每年效率降低6%。 目前還沒有解決這個問題的有效方案——我們最好的辦法是用刮刀手工清潔太陽能電池板。

衣服烘乾機需要40分鐘,並且消耗了我們日常家庭能源預算的大部分。 但是,一隻溼狗可以在不到一秒的時間內甩掉90%的水。  如果狗使用我們的乾燥方法,它將消耗其每日卡路里的三分之一。 我們發現,狗的皮膚特別鬆弛,毛髮經過調整,可以釋放水滴,而只需消耗少量能量。  我們的溼狗研究(在參議員的報告中被提及)的教訓是,如果我們真的想節約能源,就應該調整我們的乾燥材料以釋放水分。

觀察名單還指出了我們的動物毛髮研究。 所有動物和人類都有睫毛,但沒有人確定原因。 我們的測量和風洞實驗表明,動物透過擁有睫毛來節省能量。 具體來說,睫毛將眼睛淚膜的蒸發減少了一倍,將眨眼次數減少了一倍。 睫毛還將灰塵沉積減少了一倍。  我們的研究表明,毛茸茸的表面可能是我們解決灰塵積聚問題的方案。 在太陽能電池板上新增細小的毛髮可以減少效率損失。

這些研究也對非工程領域產生了影響。 溼狗研究表明,動物已經進化出從體內釋放水分的能力,這解釋了它們對原油等化學物質的清潔能力較差的原因。 這清楚地表明,它們不適應處理汙染物。

睫毛研究已被眼科醫生引用。 瞭解睫毛的功能可以影響我們對花粉和皮屑等過敏原如何進入眼睛的理解。 它還可以幫助我們瞭解某些人類疾病的危險性,例如睫毛脫落症,這種疾病會導致睫毛脫落。

這項研究的另一個好處是它可以用於教育,這在我們國家是一個巨大的挑戰。 在追求科學的學生人數方面,美國落後於中國和印度。 狗的研究被製作成一個教育模組,該模組使用日常例子來教授複雜的物理原理,如向心力。  在本文的底部,有供高中生和教師在課堂上使用這項科學的連結。

我喜歡做研究。 我不試圖隱瞞這一點。 科學家是具有內在興趣的人,但我們來到這裡不僅僅是為了服務公眾。 當我們發現一些重要的事情時,我們也會有預感。 有時我們必須左轉才能更快到達某個地方。 解決綠色能源等難題通常需要革命性的方法。 我用動物作為思考這些問題新解決方案的一種方式。 這樣做,我也吸引了一批國際追隨者,他們再次愛上了科學。

提出關於浪費的問題是一項重要的活動。 它是否浪費? 我希望我的孩子們在閱讀參議員弗萊克的報告時會問這個問題。 像所有研究問題一樣,這個問題應該繼續一遍又一遍地被提出。 隨著更多證據的出現,答案可能會改變。 這個問題應該透過紮實的研究、同行評審以及與科學家開始和繼續對話的承諾來緩和。 科學家有責任向他人解釋她的工作。 我鼓勵公眾繼續向研究人員詢問他們工作的重要性。

我衷心感謝參議員弗萊克繼續進行這次對話。 如果這能促成公眾和科學家之間更好的溝通,他將為我們做出巨大貢獻。 我希望我的孩子們能夠生活在一個科學家和公眾不是對立的世界裡,而是對自然的美麗和奇異之處,以及對奇異之處的追求如何能夠造福所有人,有著共同的理解。

參考文獻

https://blossoms.mit.edu/videos/lessons/evolving_survival_learning_about_fluid_dynamics_through_urinary_system_mammals

http://www.engageengineering.org/e3s/whyitworks/

https://blossoms.mit.edu/videos/lessons/how_mosquitoes_fly_rain

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