微观世界中的奥秘

微观世界中的奥秘（精选6篇）

微观世界中的奥秘 篇1

错题就像放在太阳光下的多棱镜, 它能折射出学生在知识、方法、技能等方面的不足。它也是一种可利用的教学资源。老师若能够以积极的心态去帮助学生找出错题, 分析出错原因, 有针对性地解决错题所反映的问题, 合理地开发错题资源, 对学生改进学习方法和提高做题技能大有裨益。

认真寻找错题资源。很多学生对于平时的作业或者试卷中的错题, 也只是当时改正了事, 很少有人静下心来踏踏实实地深究自己出错的原因。从而使错题资源悄悄地溜走, 还会有一错再错的现象, 久而久之, 学生欠缺的知识点堆砌在一起, 成绩当然也不会理想。老师要帮助学生找出错题, 但在找的过程中, 不能只是把错题标注出来, 最好把错题都摘录到一个本子上面, 便于自己以后查阅, 每个学生的错题都集中到一起, 这就好像建立了台账, 复习时抓住了重点, 提高了针对性, 起到查漏补缺的作用。

及时分析资源。把错题整理好以后, 教师要帮助学生分析出错的原因, 进行反思, 把原来错误的做法也要抄在错题本上, 并在下面写上正确的解题思路、方法、技巧等, 对于不常出现的比较优秀的题型或者知识点也要记录到错题本上, 以便于加深印象和逐步形成技能。按错题的原因进行分类整理, 比如, 是简单的题目由于粗心马虎计算错的, 还是难度较大的题目审题出现了偏差;是不能掌握知识之间的内在联系, 还是基础知识薄弱, 能力欠缺等等, 都要分门别类地记录在错题本上, 使错题资源系统化。这个记录过程就是学生再学习、再认识、再提高的过程, 使学生对易出错的知识的理解掌握更加牢固, 同时也提高了学生自主学习的能力。

合理利用错题资源。错题资源被分析整理好之后, 要定期在空闲时间浏览浏览, 因为人的记忆具有遗忘性, 必须多次复习, 才能使记忆深刻。如果时间允许, 还要把错题再做一遍, 这样就使每道错题发挥最大的作用:在今后遇到同一题或者同一类型的题目不至于再出现错误。学生还可以互相交流错题本, 从别人的错题当中吸取教训, 拓展自己的视野, 提高练习的准确性。这样经常温故而知新, 持之以恒, 学生的成绩会有所提高的。

要想达到以上目的, 教师还应该从自身做起, 主动改变传统教学观念和教学模式, 本着以人为本的主体教育观, 敢于将学生的错误当做可利用的资源来进行教学, 及时反思自己教学过程中的不足, 认真探讨适于学生的教学方式, 比如:对于因马虎造成的错误, 可以有意识地选择粗心就容易出错的题目来练习, 让学生自己去感悟, 培养他们认真细心的好习惯;对于因重点、难点没有理解而出现的错误, 可以采取渗透教学法, 不仅将重点难点知识渗透在每节课的教学中, 通过有代表性的少量习题让学生自己领悟, 慢慢地渗透进学生的大脑, 使学生牢固掌握;由于审题原因出现的错误, 应教育学生在做题之前三思而后行, 用知识的连贯性来审题, 对题目有了系统的想法, 才能下笔做题, 保证做题的准确性。

(任丘市华北油田研究院学校)

微观世界中的奥秘 篇2

大家好，我是张宇懿，今天我要和大家分享一个神奇的植物，它就是仙人掌，有各种各样的颜色，不同的形状，还有它的刺，这些就是仙人掌的奥秘，让我们一起来探索仙人掌吧。

大家都知道仙人掌生活在哪里吧?没错，沙漠。一般的.仙人掌都是绿色的，其实也有五颜六色的，上面长着无数根刺。卖仙人掌的老板说，仙人掌不怕热不怕晒，可以放在阳台，客厅，卧室和电脑前，隔一段时间浇水就可以了，可是要早上浇水才最好，那样就不会一会热一会冷，让它受伤了。仙人掌有许多种形状，如球形的仙人球，长长的，五角星的，还有的会长出火龙果一样的果实，还能吃呢。它们的颜色也很丰富，有红色、黄色、蓝色、橙色、紫色……仙人掌的种类也很多，大部分都会开花，而且颜色都不一样，十分漂亮。仙人掌还有一个奥秘，就是它的刺。其实，它的刺就是叶子，因为仙人掌长时间生活在炎热干燥的沙漠，为了减少自身水份的蒸发，叶子就慢慢地退化成了刺，这样就能更好地在沙漠里生活了。

仙人掌真是一种奇妙的植物啊!你们都了解了它的奥秘了吗?

探索微观世界奥秘的创新者 篇3

当天晚上，我们谈了很久。她谈起了童年的苦难岁月，谈起了她的求学经历，谈起了她攀登科学高峰的历程，谈起了她的科研团队。

范云六是1997年当选为中国工程院院士的，直至如今，她既是中国工程院第一位湘籍女院士，也是中国工程院唯一的湘籍女院士。

叩开成功之门

1930年5月16日，一个女婴在湖南长沙呱呱坠地。她就是范云六。她的童年和少年在苦难中挣扎，在苦难里磨炼。卢沟桥事变爆发后，隆隆的炮声敲碎了这个女孩的求学梦。1944年，范云六正在上初中二年级，父母亲早在日寇的炮火声中远避贵州，她也在舅舅的带领下开始了颠沛流离的逃难生活。舅舅带着她，白天躲进农民在山上搭起的小草棚，晚上才敢偷偷地出来找点东西吃。她亲眼目睹了许许多多的同胞惨死在日本侵略者的屠刀下。范云六的一个姑姑便是在日本兵的迫害下，被逼无奈投水自杀。国恨家仇，深深埋藏在范云六幼小的心灵里，她开始懂得：国之不国，何以家为？

1945年8月，日本投降了，抗日战争全面胜利。范云六一家团聚了，她从来就没有这样高兴过。

抗战胜利了，范云六多么想重返学校啊！这时，恰好大姐刚从浙江大学化工系毕业，失业在家。范云六拾起了课本，让大姐帮助补习数学、物理、化学等科目。她是那么如饥似渴地学习，大姐又是那么耐心辅导。不出半年，聪慧刻苦的范云六便在1946年春天考上福湘女中，并且跨过初中三年级，直接升入高中一年级二期。

福湘女中，是长沙著名的教会学校。这座学校校园环境优美，管理也极其严格。学校规定学生两周才允许出一次校门。在学校里，她并没有觉得像困在笼中的鸟那样苦闷，相反，她充满了欢乐。这是因为，她生性要强，在学习中总要争个前几名，她学习起来，总那么入迷，时光在不知不觉中过去。还因为她生性活泼，喜欢唱歌，喜欢跳舞，喜欢听古典音乐，还喜欢打排球。恰好学校里文体活动丰富多彩。很快，她被选进校排球队。

在福湘女中，范云六还结交了一帮好朋友。她见谁的学习好，就向谁学习；她见谁有特长，她就向谁请教。她像一块海绵，吮吸着知识的琼浆，又吮吸着道德的营养。这个学风好、纪律严的学校，造就了范云六这个品学兼优的好学生。在福湘女中读了两年半高中，她的学习成绩总是名列前10名。

1948年，范云六高中毕业了。她面临着人生道路上的第一次选择。考哪个大学，报什么专业，心里没有一点底。这时，她又去找大姐。大姐建议她学农业化学，因为农业化学实用性强，毕业后好找工作。范云六听了大姐的话，当年以第一名的优异成绩考上了武汉大学农业化学系。

武汉大学坐落在珞珈山下，历史悠久，建筑古朴。特别是这座大学有着一种自由、开放的学风，这让从束缚甚紧的教会学校出来的范云六倍感新鲜。

范云六告诉我：她太喜欢武汉大学了，这里的空气是那么清新自由。在这里，可以随便到哪个学院去选修自己喜欢的课程，也可以到图书馆查阅最新的科技信息。这对于性情活泼、兴趣广泛的范云六来说，真是如鱼归大海，如鸟飞上蓝天！学校还鼓励学生利用课余时间去做家庭教师，培养自强自立的生活态度和生活方式。

谈到这里，她深情地回忆起难忘的大学生活，说：“武大自由开放的学风对我一生的影响很大，我的科研风格也受到很大的影响。”在武汉大学众多出类拔萃的老师里，陈华癸教授（中国科学院院士）对她的影响最大，她一生的科研方向就是受他的影响选定的。范云六在《中国工程院院士自述》一书中写道：“受陈教授潜移默化的影响，我对微生物这一学科产生了浓厚的兴趣，这也是我致力探索微观世界奥秘的开始和源动力。从根本上说，是我以后钟情于分子生物学并为之奉献了我全部精力和热情的转折点。现在回想起来，我总觉得，一个人的命运与事业开始可能就隐藏在一个不为你所知的地方，直到有一天，你的智慧受到了启迪，你的思想受到了碰撞，才有机会叩开成功之门！”

敢为天下先

1952年，范云六大学一毕业，就小试牛刀，竟然取得可喜成果。当年从事矽盐酸细菌研究发表的论文，至今仍被该领域的研究人员引用。范云六是幸运的，赶上了我们伟大祖国全面社会主义建设时期，各行各业都急需优秀的专门人才。1956年，百里挑一，她被派往苏联列宁格勒大学留学。她兴奋，她高兴，她又感到祖国压到她肩头的担子很重。她珍惜分分秒秒，刻苦钻研，1960年，她获得生物学副博士学位，带着平时省吃俭用节约的钱买下的大批科技书籍和资料，满怀着对未来的憧憬和希望，踏上了归国之路。

范云六被分配到中国科学院微生物所遗传室工作，成为我国微生物学领域中最早从事分子遗传的科学家之一。她告诉我说：“可以说，这是我科研生涯的真正开始。”

范云六这位自小在湖南读小学、中学，深受湖湘文化影响的科学家，给人的印象是温和、典雅而思想深邃，在她的血脉中流淌着湖湘文化中敢为人先的大无畏精神。再加上武汉大学、苏联留学的滋养，中西文化的融合，使她的科研有着无比深厚的基础。她一出马，就冲到全国前沿，继而向世界前沿冲刺。

20世纪70年代，她在国内率先开始质粒的分子学研究，并成功构建了我国第一个DNA体外重组质粒。1979年，世界著名基因工程创始人之一Cohen教授特邀她到国际学术会上作报告……

改革开放的春风，吹遍了祖国大地。范云六的科研迎来新的跨越，新的机遇。1980年到1982年，她再一次走出国门，到美国威斯康星大学和西北大学医学院当访问学者，从事分子生物学研究。在美国的两年里，她“睁开眼睛看世界”，亲身感受了西方国家的科研优势以及在他们先进的科研体制下所产生的工作效率，她的灵魂受到了震撼！

1982年12月，范云六从美国回来了。那年，她已经52岁，用她的话说“过了知天命的年龄”。这个年龄重新确立科研方向，还想干出一番事业，谈何容易？到底今后的路如何走？选择什么作为下一步事业的发展方向和突破口？

在那些日子里，她彷徨过，苦闷过，但她经过慎重考虑，终于选准了科研方向和突破口。这就是：走创业的路！1983年，她毅然决然地离开中国科学院，决定到中国农业科学院创建分子生物实验室，开始植物基因工程和分子生物学的研究。

这是一个非常大胆的决定，很多人不知道她这样一个温和谦让的女性，哪里来那么大的创业勇气？实践证明，她当时的决定是多么正确。短短几年，她在分子实验室的基础上发展成为生物技术研究中心，这保证她和她的团队的科研冲刺到世界前沿！后来经常有人问她：“当时您以知天命的年龄从中科院到农科院来开始一项全新的事业，您的勇气是从哪里来的？”她的回答掷地有声：“当你热爱一项事业并愿意无怨无悔地为之付出一切时，勇气自然也就有了。”

做科研，不仅需要敢为天下先的勇气，而且更需要正确的方向和思路。范云六的正确选择从何而来？她不假思索地说：“那是看清了世界科技发展的趋势，弄清了中国的实际。世界的趋势是学科分工越来越细，但综合性也越来越强，多学科之间的交叉互补是科学发展的必然趋势。20世纪80年代初，分子生物学对于我国农业来说还是一片空白，而西方先进国家已经开始瞄准农业这个全球性的问题来开展工作，并已取得了一定的成绩。我国是个农业大国，农业新一轮的革命必须有赖于分子生物技术的有机结合才能实现。因此，我选择了农业作为我事业新的起点。”

范云六一旦认准了科研方向，便与她的团队一起义无返顾地攻关、拼搏，这中间熬了多少心血，流了多少汗水，吃过多少苦头，又有谁知道呢？她不肯说，更不让多宣传。我们只知道她很快取得一系列卓越成就。范云六的突出成就得到党和国家的重视鼓励，也得到了国际同行的高度赞赏。她曾获得中国农业科学院科技进步一等奖、农业部科技进步二等奖、国家科技进步二等奖，并荣获中国农业科学院先进工作者称号，享受政府特殊贡献津贴。她的名字被列入《华夏妇女名人词典》。1988年，美国剑桥国际人物传记中心将她收入《国际名人录》；1990年，她被第二届国际水稻遗传学会推选为遗传工程委员会5个成员之一；1990年FAO/UNDP任命她为亚洲生物技术项目的中国负责人和棉花杀虫基因工程的国际项目主持人……

1997年，这是她生命里程上值得纪念的年份，就在这一年，她当选为中国工程院院士。

回顾范云六改革开放以来取得的成果，要写好长好长的篇幅，这里只能画龙点睛了：在中国农业科学院建立农口第一个分子生物学研究机构；率先将分子生物学技术应用在农作物遗传改良；国内最早获得转抗虫基因的水稻及棉花，并获得延缓害虫对转单一Bt基因植物产生抗性的科学数据；她还开发了新型的乳糖酶及其高效生产新途径……

2002年9月，当我主编收入她的人物通讯《分子世界的女杰》的《三湘院士风采录》第三卷就要付梓的时候，她给我来了电话，告诉了我一个大喜讯，她和她领导的小组研究的乳糖酶及其高效生产新途径问世了！同行专家、食品专家鉴定这一成果达到国际领先水平，而且该产品优于国外同类产品，价廉物美产量高，一举解决了牛奶消失不良的“乳糖不耐受症”这一难题。《光明日报》、《科技时报》等媒体纷纷报道。

这次在北京的院士大会上，一见面我就问她又有大成果了吧？她点了点头，微笑着：“有。”她高兴地告诉我，她和她的团队经过漫长的12年努力，开发出世界上第一个第二代玉米植酸酶。利用玉米作为植物生物反应器开发研究植酸酶，已获得种子特异性高表达并具有植酸酶活性的玉米，表达的植酸酶活性足以满足饲料的需要，可直接作为动物饲料应用，有利于畜禽的生长发育，并可减少磷所造成的环境污染，与第一代饲料添加剂相比，可大大降低饲料成本，为营养型、环保型、节能型饲料专用玉米的开发提供了科学技术支撑和物质基础。该项技术在世界遥遥领先！这创新，多长咱中国人的志气啊！

站在巨人肩膀上

范云六披肝沥胆，带着自己的团队向基因工程和分子生物学的世界前沿不断冲锋，取得了一个又一个硕果。

我一直在探索范云六的成才历程，探索她的团队成长过程，十分想揭开她创建一流优秀团队的秘密。她对我说：“青年人是真正的希望所在，所以培养新人是老一代的职责。我愿意将自己有用的知识留给青年一代，也愿将我尚不知，但有一条通往可知的路指给青年一代。”她呕心沥血培养了30名硕士和40名博士，还培养了3名外国进修生。

问起范云六是如何培养学生的？她却跟我侃起足球来。她侃球，连我这个门外汉也听入迷了。她喜欢排球，喜欢足球，她说：“踢足球，太像我们搞科研了。也许这是我喜欢足球的一个原因，从足球比赛悟出了不少科研的道理……”

范云六的眼里闪出亮光，看得出来，她很兴奋。

“悟出科研的道理？”我不觉重复了一句。

她十分随和，说：“是啊！你看踢足球多像做科研。球队是个团队，科研集体也是团队……”

“一个球队要有球星，一个科研集体也要有尖子人才。一个球队没有球星，就难夺冠军；一个科研集体，没有尖子人才也难以创出一流科研成果，更谈不上闯进世界前沿……”

“球星与球队紧密配合，尖子人才也要与科研团队配合。一个球星离开球队难以独争天下，一个尖子人才离开团队也是无法施展本领……”

“球队不能埋没球星，也不能荷叶包钉子，个个想出头；大家各有分工，各得其所，在科研中对于尖子人才又何尝不是这样呢？”

“打球是硬碰硬，科研也是硬碰硬，半点虚假和炒作都不行。”范云六这些话，意味深长，她对当前学术界少数人的浮躁情绪流露出一种深深的忧虑。

这时，在我眼前，范云六分明是一个运筹帷幄、指挥若定的“教练”，她是那么从容、沉稳、坚毅和博深。

谈起她的团队，范云六显出几分自豪来。她说：我对团队要求很严格。现在博士毕业两年，就有条件评副教授。我就告诉他们，你们要懂得，博士毕业才是刚刚起步，现在毕业两年就有可能评副教授，我们那时可不是这个样子，即使在美国，也不是这个样子，顶多只能是个博士后吧。

她激动地说：我告诉我的学生，现在有两种人要反对，一种是浮躁，一种是不知天多高地多厚。我的学生就不是这样，他们不浮躁，也知道自己有几斤几两。我与他们交流得很多，要求他们：未做实验前，要追求；做出实验，有了结果，自己要来反对自己的结果。反对了，反对不了，这就是真实的结果。

范云六越说越高兴，她说：我们搞分子生物学，年轻人一开头往往重视这微观世界的技术。技术是很重要，我往往引导他们去思考，为什么用这个技术，不用那个技术了。引导他们独立思考，要沉下心来，把前人的试验、技术了解透彻，别人做过的不要重复。伟大的科学家都是站在巨人的肩膀上的！

记得这句话是伟大科学家牛顿说过的。范云六用这句名句教育学生，让他们去实践。我悟出了范云六这个团队之所以优秀的真谛！

她又说：有的人不知天多高地多厚，你的也是我的，一点不懂得尊重。需要时，求你；不需要了，你快退休吧，把你忘得一干二净！我们的实验室做得好，没有这种人。因为我常讲我们这一辈人如何尊重自己的导师，如何热爱自己的老师，如何终生感激他们。

范云六就是一个懂得感恩、有大爱之心的人。她是在她的姑母哺养下成长起来的。她自小过继给姑母做女儿，姑母就是母亲，一谈起她的姑母，她就说：“母亲为我付出了一切，终生难报。她实际是我的姑母。我从小过继给她做女儿，她终生未嫁，抚养我长大，供我上小学、中学直至大学。经济供养就不用说了，她还给了我一个完整的母爱。最重要的是我工作以后，结婚以后，她为了我的事业，承担了一切生活、后勤杂务，帮我带大两个孩子。我这一生从没有因为家务事而浪费过时间。有了她，我比常人多了一倍的时间和精力来投入科研工作。如果说我今天取得一点成绩，的确有我母亲一半功劳。”

范云六是一个了不起的科学家，又是一个了不起的女性。她的丈夫也是研究微生物的，在中国科学院工作，和她是同行。一儿一女都是学生物学的。孩子们生活在科学家的家庭里，不仅受到学养上的熏陶，而且得到了春风化雨的母爱和父爱。当年她刚从苏联回来，一家三代住着13平方米的房子，连张书桌也摆不下，一个人洗澡，全家人都得出去。那时，每天晚上匆匆吃了饭，女儿趴在饭桌上背书，儿子趴到缝纫机上做作业。待他们做完了，才轮到她和丈夫趴到饭桌和缝纫机上做科研。

她是那样爱她的一双儿女，连儿子的兴趣也成了她的爱好。从中学到大学，她都爱排球、打排球，而儿子爱好足球，她也成了足球迷。

大奥秘世界读后感 篇4

暑假里，我阅读了《奥秘世界大百科》一书，这本书的体例新颖，图片精彩，内容上囊括了宇宙、自然、地理、历史、人体、科技、动物、植物、以及悬疑九个部分的科学奥秘知识。这本书以最生动的文字，最慎密的思维，最精彩的图片，带领我畅游瑰丽多姿的奥秘世界。()

其中雾的奥秘里就告诉了我们“雾是怎样形成的?”雾是由浮游在低空中的小水滴凝结而形成的。空气中总分数含有一定的水汽。而且温度越高，水汽就越多。当空气“吃”饱了水汽时，多余的水汽就会变成许多小水滴。当这些小水滴越来越多后，就会形成雾。书中还介绍了：宇宙究竟是怎么产生的?它真的是大到无边了吗?地球的肚子里都有些什么呢?天空中的云是怎么形成的呢?它又为什么会变来变去呢?我长大以后想做个科学家，来探索这些未知的奥秘。

截瘫青年为世界杯开球的奥秘 篇5

脑机接口——大脑指挥假肢

人们一旦外伤导致截瘫后，下肢就不能行走，这是因为大脑支配下肢运动神经元的信号不能传递给下肢。多年前美国杜克大学医学院巴西籍的神经科学教授米格尔·尼科莱利斯等人萌发了一个设想，如果为截瘫患者装上一个外骨骼机器衣，其中包括假肢（机械腿），可由大脑意念支配假肢，就可能让患者行走、踢球。

这个装置也称为神经假肢装置，即脑机接口或脑机交互设备。尼科莱利斯等人的研究课题也称为“重新行走”。不过，尼科莱利斯把外骨骼机器衣这套装置称为外骨骼机甲装备。平托穿上的外骨骼机器衣类似太空服，穿起来不仅舒适灵活，还能支撑起平托的身体，起到替代脊髓的作用。外骨骼机器衣包括头盔、传感器、笔记本电脑、假肢（机械腿）等，整个机器衣制作成本高达8万美元，重量约10千克。

穿上这件衣服的患者，如平托，可由自己的大脑操控衣服和假肢。首先是头盔设备检测到平托大脑发出指令时的脑电波活动——大脑神经信号。这一点与以前的设计有差异，以前的设计是通过植入大脑的芯片获取大脑信息，但现在是通过无创脑电信号（EEG）传感器帽来接收大脑神经信号。这些神经信号被无线发送到外骨骼机器衣内的笔记本电脑上，再由电脑把脑电波指令转换成数字化指令，指挥假肢行走和踢球。外骨骼机器衣首先稳住穿戴者身体，在300毫秒之后，大脑信号就会命令外骨骼机器衣上的假肢（机械脚）踢球，甚至可以用巴西式的踢法，将球勾起，向上抛出。

因此，与传统假肢最大的区别在于，这种包含在外骨骼机器衣上的机械假肢接受的是把大脑的意念转化成数字化的指令，从而完成行走和踢球动作。那么，脑机接口的原理和设想是如何实现的呢？

大脑意念转化为数字指令的过程

尼科莱利斯等人最初设计的大脑意念控制外骨骼机器衣和假肢的第一个步骤是，要把电极直接植入瘫痪者的大脑中，以收集大脑的电信号。在大脑放置电极时，不仅要把电极植入颅骨下的脑组织内，而且还要求电极能同时探测大脑皮质中数以千万计的神经元发出的脑信号。

指挥人行动的大脑运动皮质位于大脑额叶中，是大脑内负责产生运动指令的区域，它发出的指令通常会传递到脊髓，控制和协调肌肉活动，健全人就是靠这一指令和程序完成动作的。而要采集到大脑的运动意念（指令）就需要一种传感器（探测器），即电极。尼科莱利斯的研究团队设计了一种新的传感器，称为记录魔方，它包含1000多个能记录大脑电信号的微细线。

把记录魔方植入大脑后，可以探测大脑皮质中各个方向的神经信号。以前的微电极阵列只有电极的尖端能记录神经元信号，但记录魔方可以沿着中轴方向感知上、下及周边的神经信号。也就是说，记录魔方可以立体采集神经信号，而且效果惊人。一个微细线至少可记录4～6个神经元的信号，如此，每个魔方可以捕捉和收集4000～6000个神经元的电信号。因此，在负责高级运动和决策的额叶和顶叶皮质区植入多个记录魔方，就能够同时获得上万个神经元的信号。根据尼科莱利斯团队的计算，大脑神经元的这些信号足以操控外骨骼机器衣和其中的机械腿，让瘫痪者恢复自主运动。

但是，收集到有效的大脑电信号（意念）还不足以让瘫痪者行动和踢球，还需要把这些神经信号转化为数字信号，以指挥假肢行动。

传输大脑指令是由一个拥有128个频段的无线记录仪来完成的，这些无线记录仪同时与传感器植入大脑，传感器收集大脑电信号后可以通过无线记录仪把信号传递到外骨骼机器衣内的小型计算机的处理单元中（甚至可以传送到更远距离的计算机中）。计算机的多个数字处理器接到大脑信号后便运行各种软件，把大脑的运动信号翻译成数字命令，从而控制机械假肢，包括各个活动部位、关节，以及调整机械假肢的各种硬件装置。

不过，后来尼科莱利斯等人转而使用无创脑电信号传感器帽来读取大脑的信息。原因在于，尼科莱利斯观察了其他研究小组发表的侵入性试验（把传感器植入大脑）后，认为不值得冒这么大的风险。因此尼科莱利斯等人选择了无创脑电信号传感器，而且他们有更好的无创脑电信号传感器运算法则，能让它顺利而有效地提取大脑意念。

在无创脑电信号传感器读取了平托的大脑指令下肢运动的信号后，再由电脑转换为数字指令，在后者的驱动下，穿着外骨骼机器衣的平托就为巴西世界杯赛象征性地开出了球。

研发的历程

让大脑指挥机械装置，如机械手或机械腿的行动的设想和研究可以追溯到20世纪60年代。那个时候，研究人员就在探索动物的大脑。如果动物大脑能将神经信号传送至计算机，计算机能否发出指令启动机械装置？这就是脑机接口研究的萌芽。

1978年脑机接口初现光芒，第一个直接植入人类大脑的视觉辅助装置产生。这是一个带有68个电极的阵列，被植入一位成年的后天失明者的大脑，使这位患者产生光感。除了植入大脑的电极阵列，这套设备还包括一个安装在眼镜上的电视摄像机，负责向植入大脑的脑机接口传送视觉信号。由于当时计算机技术有局限，与这套系统配套的是一台巨型计算机，重量达到2吨，难以有突破性进展。

20世纪80年代，美国约翰·霍普金斯大学的研究人员探测到猕猴手臂运动方向与其大脑单个皮质运动神经元的电子信号，但由于试验设备的计算能力有限，无法记录大量大脑运动神经元的电信号。

后来，美国杜克大学神经工程中心、慕尼黑工业大学、瑞士联邦理工学院以及巴西埃德蒙与莉莉·萨夫拉国际纳塔尔神经科学研究所等科研机构共同发起了“重新行走”项目，也即研制外骨骼机器衣。在最初的研发中只有几名研究人员参与，到后来全球陆陆续续共有170多名研究人员参与到这项研究中。

1990～2010年是“重新行走”项目动物试验取得关键进展的时候。尼科莱利斯等人研制出了更适合于植入大脑的传感器。这种传感器称为微细线，像发丝般细柔。这种传感器首先植入大鼠和猴子的大脑进行试验，结果表明，灵敏的微细线传感器可以探测到动物大脑额叶和颞叶皮质中成百上千个神经元发出的微弱电信号（动作电位），额叶和颞叶皮质正是自主运动的主要控制脑区。这就证明，脑机接口的基础是存在的。因为，只要有大脑信号被收集到，就可以把大脑信号传输到机械手和机械腿，让后者行动起来。

2011年，尼科莱利斯等人的试验取得突破性进展，有两只猴子学会了利用神经信号控制电脑中的虚拟手臂去抓取虚拟物体。而且每只猴子的大脑都接收到了虚拟手臂在抓取虚拟物体时产生的触觉信号。而这是利用计算机软件训练动物的结果，通过训练，可以让猴子感觉到它用虚拟手指触摸的物体是什么样子。

在动物试验取得成功后，2013年研究人员招募残疾人志愿者进行人体试验。在巴西世界杯赛的开幕式上让外骨骼机器衣包含的机械腿踢出第一脚球就成为尼科莱利斯等人的重大目标，这也是检验脑机接口的机械腿能否行动的标志。为此，他们在巴西培训的一部分瘫痪青少年中选出了一些志愿者参与试验。

试验表明，置入大脑中的传感器与大脑神经元相连的越多，外骨骼机器衣接收的信息就越精确，机械腿完成的动作也就更加准确。而且，人脑内的神经元可以通过不断学习，与电脑进行更有效沟通，从而发出动作指令。

脑机接口装置的未来

显然，现阶段的脑机接口装置还并不理想。人们在世界杯开幕式上看到平托只是轻轻地触碰了一下球，而不能像运动员一样大力开球，把球踢得又高又远。这说明，现在的外骨骼机器衣所包含的假肢还不能像正常人的下肢一样有力而自如地踢球，不过，这已经是一个良好的开端了。

不仅是研究人员，就连普通公众也认为，理想的外骨骼机器衣能让穿上它的人不仅要迈开步子行走、调节自身行进的速度，还应当屈膝、弯腰、爬楼梯和踢球。此外，理想的外骨骼机器衣或机械外套还能让其穿戴者感知脚下的地面。这需要在脚部装入一种既可以检测特定动作的力度，又能将来自外套的信号反馈给大脑的微型传感器，而且这种传感器要融入外骨骼机器衣，如此就能让外骨骼机器衣“复制”出触觉和平衡感。同时，这种感觉也能让瘫痪者感觉到脚趾与足球间的接触。

另外，瘫痪者穿上外骨骼机器衣后还需要训练才会操作这套衣服和其中的假肢，这个过程包括，穿衣者的大脑把这个机械外套当成自身身体的一部分。在训练时，穿衣者通过与地面的连续接触，感知机械腿的位置，并逐步积累感觉经验，使得穿衣者能够从容而自如地走路并踢球。

显然，以这些标准来要求，现在的外骨骼机器衣还有一定差距。但是，通过不断改进，这种脑机接口的装置不仅能帮助瘫痪者站起来和踢球，也能帮助其他患者，如肌萎缩性脊髓侧索硬化症（渐冻症，也称运动神经细胞病）、帕金森氏病和其他运动障碍患者，让他们能自如地伸肘、握拳、行动和说话。如此，类似英国物理学家霍金（肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者）的病人不仅可以行走，还能说话。

二战中的数学奥秘 篇6

二战时期，当德国对法国等几个国家发动攻势时，英国首相丘吉尔应法国的请求，动用了十几个防空中队的飞机和德国作战。这些飞机中队必须由大陆上的机场来维护和操作。空战中英机损失惨重。与此同时，法国总理要求继续增派10个中队的飞机。丘吉尔决定同意这一请求。内阁知道此事后，找来数学家进行分析预测，并根据出动飞机与战损飞机的统计数据建立了回归预测模型。经过快速研究发现，如果补充率损失率不变，飞机数量的下降是非常快的，用一句话概括就是“以现在的损失率损失两周，英国在法国的“飓风”式战斗机便一架也不存在了”，要求内阁否决这一决定。最后，丘吉尔同意了这—要求，并将除留在法国的3个中队外，其余飞机全部返回英国，为下一步的英伦保卫战保留了实力。

巧妙对付日机轰炸

二战太平洋战争初期，美军舰船屡遭日机攻击，损失率高达62%。美军急调大批数学家对477个战例进行量化分析，得出两个结论:一是当日军飞机采取高空俯冲轰炸时，美舰船采取急速摆动规避战术的损失率为20%，采取缓慢摆动的损失率为100%;二是当日军飞机采取低空俯冲轰炸时，美军舰船采取急速摆动和缓慢摆动的损失平均为57%。美军根据对策论的最大最小化原理，从中找到了最佳方法:当敌机来袭时，采取急速摆动规避战术。据估算美军这一决策使舰船损失率从62%下降到27%。

准确估计日舰开进路线

二战新几内亚作战期间，美军得到了日军将从新不列颠岛东岸的腊包尔港派出大型护航舰队驶往新几内亚莱城的情报。日军舰队可能走两条航线，航程都是两天。其中北面航线云多雾大，能见度差不便于观察;南面航线能见度好便于观察。美军也有两种行动方案可供选择，即分别在南北航线上集中航空兵主力进行侦察、轰炸。若日军选择走北线，美军也选择北线，最多只能有两天的轰炸时间，甚至可能由于天气影响，根本没有轰炸时间；若日军选择走北线，美军选择南线，则由于在南线侦察耽搁一天，最多只能有一天的轰炸时间，甚至可能由于天气影响，根本没有轰炸时间。而若日军选择走南线，美军选择北线，由于在北线侦察耽搁一天，可有一天的轰炸时间;若日军选择走南线，美军也选择南线，则可有两天的轰炸时间。因此，日军选择走北线，被轰炸天数为0～3天;日军选择走南线，则被轰炸天数为3天。美军由此断定日军必走北线。真实情况果真如此。日军舰队损失惨重。

理智避开德军潜艇

1943年以前，在大西洋上英美运输船队常常受到德国潜艇的袭击。当时，英美两国实力受限，又无力增派更多的护航舰艇。一时间，德军的“潜艇战”搞得盟军焦头烂额。为此，一位美国海军将领专门去请教了几位数学家。数学家们运用概率论分析后发现，舰队与敌潜艇相遇是一个随机事件。从数学角度来看这一问题，它具有一定的规律:一定数量的船编队规模越小，编次就越多;编次越多，与敌人相遇的概率就越大。美国海军接受了数学家的建议，命令舰队在指定海域集合，再集体通过危险海域，然后各自驶向预定港口，结果盟军舰队遭袭被击沉的概率由原来的25%下降为 1%，大大减少了损失。

算准深水炸弹的爆炸深度

二战期间，英美运输船队在大西洋航行时经常受到德军潜艇的袭击。英国空军经常派出轰炸机利用深水炸弹对德军潜艇实施打击，但轰炸效果总不理想。

为此，英军请来一些数学家专门研究这一问题。结果发现，潜艇从发现英军飞机开始下潜到深水炸弹爆炸为止，只下潜了7.6米，而英军飞机的深水炸弹却已下沉到21米处爆炸，从而对潜艇的毁伤效果低下。经过科学论证，英军果断调整了深水炸弹的引信，爆炸深度由21米调整到9.1米，结果轰炸效果提高了4倍，德军还以为英军有了什么新式武器。

战舰与浪齐高

1942年10月，巴顿将军率领四万多美军，乘100艘战舰，直奔距离美国4000公里的摩洛哥，在11月8日凌晨登陆。11月4日，海面上突然刮起西北大风，惊涛骇浪使舰艇倾斜达42°。直到11月6日天气仍无好转。华盛顿总部担心舰队会因大风而全军覆没，电令巴顿的舰队改在地中海沿岸的任何其他港口登陆。巴顿回电：不管天气如何，我将按原计划行动。