大自然的奖赏
李忠东
在大多数13岁的孩子把空闲时间花在玩网络游戏或浏览娱乐网站时，德威尔却以自己独特的设计，赢得了2011年美国自然历史博物馆颁发的“青年自然科学家奖”。
2010年冬天，一名13岁的美国纽约初中男孩艾登·德威尔，冒着严寒到卡茨基尔山徒步旅行时，对橡树的树枝、树叶的排列方式产生了浓厚的兴趣，并发现树枝杈的布局也可以用“斐波那契数列”解释，从而发明了一种树状太阳能电池板排布新方法，使太阳能的利用效率大大提高，他也因此获得2011年度“青年自然科学家奖”。
何为“斐波那契数列”
所谓“斐波那契数列”，是意大利数学家列昂纳多·斐波那契发现的。斐波那契数列指的是这样一个数列：1、1、2、3、5、8、13、21……这个数列从第3项开始，每一项都等于前两项之和，即1+？=2,2+？=3,3+？=5，5+？=8，8+？=13，13+？=21，21+？=34……在这个数列中，任何一个数字与后一个数字的比都接近0.618，而且越往后，就越接近。这就是著名的“斐波那契数列”，而0.618这个神奇的数字，则被称为“黄金比率”，古希腊美学家柏拉图将其誉为“黄金分割率”。
“黄金比率”与大自然结下了不解之缘，植物和动物都和它有着惊人的联系。在树木、绿叶、红花、硕果中，都能遇到“黄金比率”。
树木也懂黄金分割
德威尔通过自己设计的圆柱双量角器测量，惊讶地发现许多植物的叶片、枝杈或花瓣都有这样一个有趣的现象：它们用黄金分割率0.618来划分360°的圆周，所得两个角度约等于222.5°和137.5°，任意两个相邻的叶片、枝杈或花瓣都沿着这两个角的两条边的方向伸展，因此，尽管它们不断轮生，却互不重叠，确保了光合作用面积最大化。像车前草、蓟草、一些蔬菜的叶子、玫瑰花瓣等，以茎为中心，绕着它螺旋型地盘旋生长，两叶间的弧度为137.5°。按照这种排列模式，叶子可以占有最多的空间，获取最多的阳光，承受最多的雨水。
德威尔从中深受启发，认为树枝杈的布局一定与光合作用的效率有关。为了探求其中的原理，验证“斐波那契数列”是否能派上用场，他开动脑筋，设计了一项颇有创意的实验。
德威尔首先用自己设计的圆柱双量角器工具，确定橡树树枝和树叶构成的螺旋轨迹与树干之间的相对关系，在让计算机程序复制这种模式的基础上，用PVC管建造了一棵按“斐波那契数列”排列的橡树形太阳能电池树；随后建起一个常用的平板模式排列的太阳能光伏电池板，以45°角安装在屋顶。为了观察和比较按橡树分叉排列的太阳能电池板，与传统的屋顶太阳能电池板阵列捕获阳光能力的差异，德威尔还分别给两个装置接上了监视电压的数据记录器。结果显示，太阳能电池树更胜一筹。
实验与研究结果显示，与传统的平板模式排列的太阳能光伏电池板相比，按“斐波那契数列”排列的橡树形太阳能电池树的表现更优秀，不需要做任何的偏角调整，每天的有效光照时间延长了2.5小时，产生的电力多了20%。特别是在12月份，太阳处在天空中的最低点的冬季，无论是收集太阳光的时间还是产生的电力，太阳能电池树都要比太阳能光伏电池板高出50%。
德威尔解释说，由于树枝按“斐波那契模式”分布，用“黄金分割率”调整了光伏电池特定的间隔和高度，因此，使得部分分支在收集阳光时，不会阻挡太阳光射到其他的分支。因为光伏电池不是用平板模式排列，形状很像一棵树，所以更加好看。更重要的是，这种树形结构比平板模式更节省空间，也不必完全朝南，更适合在城市使用，因为在拥挤的城市中很难找到大的空间和直射的阳光。
这项研究获得了美国的临时专利，引起极大反响。德威尔的研究结果之所以令人印象深刻，在于他模拟树木分支，科学排列太阳能电池，大大地提高了太阳能的利用效率。
德威尔对大自然的欣赏和敬仰得到了大家的认可，实属难能可贵。这更是技术领域一种罕见的发现，也是仿生学可以极大改善设计的精彩例子。
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