科幻电影中的科学
用科学电影学习物理知识
用科学电影学习物理知识科学电影作为一种娱乐形式，不仅可以带给观众精彩的视觉效果和情节，还可以通过科学的角度来呈现物理知识。
观看科学电影不仅可以让我们放松心情，还可以在娱乐中学习到一些有趣的物理知识。
本文将介绍几部科学电影，探讨其中蕴含的物理知识。
一、《星际穿越》《星际穿越》是一部由克里斯托弗·诺兰执导的科幻电影。
该电影讲述了人类为了寻找新的生存环境而进行太空旅行的故事。
影片通过黑洞、时空裂缝等物理概念，揭示了时空旅行和引力场的奥秘。
1. 时空裂缝在电影中，时空裂缝是人类进行太空旅行的关键。
时空裂缝是一种理论上存在的时空弯曲现象，能够连接不同的时空点，实现超光速航行。
通过这一概念，观众可以初步了解时空的曲折性和扭曲性，从而对爱因斯坦的广义相对论有一定了解。
2. 黑洞电影中的主要情节之一是探索黑洞。
黑洞是一种极其巨大且密度特别大的天体，其引力非常强大，甚至连光都无法逃逸。
在电影中，通过探索黑洞，人类找到了一个新的宜居星球。
观众通过对黑洞的描述和展示，能够初步了解黑洞的形成和特性。
二、《银翼杀手2049》《银翼杀手2049》是一部科幻电影，它是经典电影《银翼杀手》的续集。
电影中呈现了未来世界中的科技发展和人类与机器人之间的矛盾与交融。
在电影中，通过对电子技术和人工智能的探索，我们可以学习到一些物理知识。
1. 量子计算在电影中，人工智能格罗夫是通过量子计算来实现自我思考和感知的。
这使观众了解到了量子计算的概念。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，它具有更高的计算速度和更强的计算能力，能够解决传统计算机无法解决的问题。
2. 虚拟现实电影中虚拟现实技术的出现让人类能够进入一个虚拟的世界，并与其中的人工智能进行互动。
这种技术给观众展示了可能的未来科技发展方向。
观众可以通过这一情节了解到虚拟现实技术的基本原理和应用。
三、《浴血战士》《浴血战士》是一部科幻动作片，该电影让观众在惊险刺激的故事中感受到了物理学的魅力。
关于科幻电影的科普主题
关于科幻电影的科普主题
科幻电影的科普主题可以涵盖以下几个方面：
1. 科幻电影的定义和历史：
- 介绍科幻电影的概念、特点以及与其他类型电影的区别。
- 回顾科幻电影的发展历程，从早期默片到现代科技效果的突破。
2. 科幻电影中的科学概念：
- 解释一些常见的科学概念和原理，如时间旅行、太空探索、人工智能等。
- 探讨这些科学概念在电影中是如何被呈现和扩展的。
3. 科幻电影与现实世界的联系：
- 分析科幻电影中的设想与当代科技的关系，包括科学发展的可能性和限制。
- 探究科幻电影对社会、文化和伦理问题的思考和反映。
4. 科幻电影中的未来预测与警示：
- 研究科幻电影对未来社会、技术和环境变化的构想和预测。
- 讨论这些预测是否具有现实意义，并思考如何应对潜在的挑战和风险。
5. 科幻电影背后的制作技术：
- 探索科幻电影中常用的特效技术，如模型制作和化妆等。
- 解释这些技术是如何为电影创造出奇幻和未来感的视觉效果。
通过科普主题的介绍，观众可以更深入地了解科幻电影背后的科学元素和思考，以及与现实世界的联系。
这种科普形式有助于激发观众对科学和科幻电影的兴趣，同时增加他们对未来的想象力和思考。
流浪地球中涉及的物理知识
流浪地球中涉及的物理知识
《流浪地球》是一部科幻电影，讲述了人类为逃离太阳即将毁灭的地球，打造巨大推进器，将地球推离太阳系，寻找新的家园的故事。
该电影中涉及到了许多物理知识，下面就让我们一起来了解一下。
1. 牛顿第三定律
在电影中，为了推离地球，人类制造了巨大的推进器，这个推进器实际上是由火箭推进器改造而来。
火箭推进器的推进原理就是牛顿第三定律，即作用力与反作用力相等，方向相反。
火箭喷出的高速气体，就是作用力，而反作用力则是火箭向相反方向的推进。
2. 轨道力学
在电影中，人类打造了巨大的地球引力飞船，将地球推向了外太空。
而要将地球推向正确的轨道，需要用到轨道力学。
轨道力学是指控制天体在空间中的运动轨迹、包括维持轨道稳定性和在轨道上进行各种操作的一门学科。
3. 引力势能
在电影中，为了让地球脱离太阳的引力，推进器需要耗费巨大的能量。
这个能量实际上就是地球的引力势能。
引力势能是指在重力场中物体所具有的潜在能量，当物体脱离重力场时，这个能量就会转化为动能。
4. 宇宙微波背景辐射
在电影中，人类找到了一个适合居住的新星系，但是该星系已经被占领，要进入该星系需要通过一个名为“宇宙凯旋门”的装置，该
装置需要靠宇宙微波背景辐射来运转。
宇宙微波背景辐射是指宇宙最早期所剩余的辐射，是宇宙大爆炸后留下来的，也是观测宇宙早期演化的重要依据之一。
总的来说，《流浪地球》中涉及到的物理知识并不多，但是这些知识都是实际存在的，而影片中对这些知识的运用也使得影片更加真实可信。
科幻电影中的科学16页
阿凡达电影中的科技
重机械外骨骼战争机器
现实科学中
几十年来美国军方一直在考虑利用有动力推动的外骨骼套 件，这种套件可以让士兵随身背负着沉重的装备以及更大的武 器装备。同时这种套件也可以运用在救援方面：为受伤后的重 建、康复提供帮助。陆军的研发分支机构DARPA(美国国防部 预先研究计划局)从2000年起就为其“增强人体机能的外骨骼” 计划(Exoskeletons for Human Performance Augmentation) 提供大量补助，包括为“Raytheon Sarco”小组提供资金。他 们的机器被称为XOS，重约150磅。它可以装备在穿戴者的手 臂、腿部和背部。这种铝制机器人的液压系统设计能够让穿着 者将200磅重的物品举起数百次却不会感到疲惫。但同时XOS 也相当灵活，穿着这种机器的人甚至还可以上楼梯或者踢足球。 这种设备遇到的最大障碍就是它的独立供电系统。目前的XOS 仍然需要接上外部电源。另外在伯克利的麻省理工学院还有其 他研究这一项目的团队，本田公司也为更矮的身材设计了类似 的设备。
半人马座阿尔法星
拥有黄白色光芒的半人马座阿尔法星A是非 常类似我们太阳的一颗恒星。它的光芒照耀着巨 型气态行星波吕斐摩斯星(Polyphemus)和它的 卫星潘多拉。在这郁郁葱葱的世界中，巨大的野
兽漫步在丛林中，翼手龙类的动物在天上飞翔。
一种有意识、皮肤呈蓝色的类人物种“那 美”(Na'vi)在此慢慢进化，并最终学会了如何与 自然和谐相处。
科幻电影中的科学
阿凡达电影中的科技
科幻电影简介
我们可以把“科幻片” 定义为包含着某种因素 的电影：这些因素是基于科学（包括现有的科学 和假设的科学）而假想出来的；在今天的世界中， 它们是不可能发生的，或还没有发生的。科幻片 与魔幻片、灵异片的不同之处在于，其被幻想出 来的因素必定有一个科学理性的支持，哪怕这个 科学依据看起来很疯狂。比如《时光倒流七十年》 可以被称作一部科幻片，因为片中的主人公回到 过去是借由一种在影片中被科学证实了的催眠术。 而《土拨鼠日》就不是科幻片，因为影片并没有 把男主角突然被迫反复过着同一天的理由告知观 众。
流浪地球 中涉及的科学知识
流浪地球中涉及的科学知识
《流浪地球》是一部中国硬科幻电影，其中涵盖了许多科学原理和知识。
在电影中，科学家们制定了一个宏大的计划，即通过行星发动机使地球停止自转并逃离太阳系。
这个过程被分为五个阶段：刹车阶段、逃逸阶段、流浪时代Ⅰ(加速)、流浪时代Ⅱ(减速)、新太阳时代。
首先，是刹车阶段，利用赤道上的“行星发动机”的巨大推力，使得地球停止自转。
这个过程涉及到的科学原理主要是动力学和引力相互作用。
其次，是逃逸阶段，这个阶段的目标是使地球全功率开动，达到逃逸速度，飞出太阳系。
这需要精确的计算和火箭动力学的知识。
接着是在外太空继续加速，飞向比邻星；然后，在中途使地球重新自转，掉转发动机方向，开始减速；最后，地球泊入比邻星轨道，成为这颗恒星的卫星。
这个过程涉及到天体力学和航天工程学。
此外，电影中还有一些与天体物理有关的知识，例如地球靠近木星时由于引力的差异可能会解体。
以及关于洛希极限的概念，这是判断天体是否会发生破碎的临界值。
总的来说，《流浪地球》不仅是一部精彩的科幻电影，也为我们提供了丰富的科学知识，帮助我们更好地理解宇宙和航天技术。
科幻电影中的科学-信息与通信-工程科技
别和情感分析等，使其能够与人类更加自然地交互。
虚拟现实技术
01
沉浸式体验
虚拟现实技术通过头戴式设备 、3D音效和触觉反馈等手段， 为用户提供身临其境的沉浸式
体验。
02
虚拟环境建模
利用计算机图形学、仿真技术 和物理引擎等手段，虚拟现实 技术能够构建高度逼真的虚拟
环境。
03
交互性
虚拟现实技术允许用户通过手 柄、头盔等设备与虚拟世界进 行交互，增强了用户的参与感
电影中的互联网技术应用
网络化智能系统
电影《黑客帝国》中的虚拟世界 “母体”就是一个庞大的网络化 智能系统，控制着现实世界的一 切。
物联网技术
物联网技术在电影《终结者》等 作品中有所体现，通过连接各种 设备和传感器，实现了对环境的 全面监控和自动化控制。
电影中的AI技术应用
人工智能助手
在电影《钢铁侠》中，贾维斯作为一个人工智能助手，协 助主角处理各种事务，展现了AI的高效和便捷。
科幻电影中的科技元素往往超越现实，通过夸张、想象和创新的手段，激发观众对 科技发展的好奇心和想象力。
科幻电影与科技发展相互促进，一方面，科幻电影为科技发展提供灵感和创意，另 一方面，科技发展又为科幻电影提供更丰富、更真实的素材和背景。
信息与通信及工程科技在科幻电影中的体现
信息与通信技术
在科幻电影中，信息与通信技术常常被描绘为高度发达且无所不在。例如，智能语音助手 、虚拟现实技术、全息投影等，这些技术让观众感受到未来信息交流的便捷和高效。
电影推动科技发展
科幻电影中的科技创新和想象，将激发科学家和工程师的研究兴趣 ，推动相关领域的科技发展。
科技与电影互动融合
未来科幻电影将更加注重科技与电影的互动融合，通过先进的拍摄 技术和特效制作，呈现更加逼真的未来科技场景。
电影中的简单科学知识
电影中的简单科学知识
在电影中，我们可以学到一些简单的科学知识，比如：
1. 温度控制
在电影中，我们通常会看到场景中使用温度计来测量温度，以控制环境温度。
温度控制对于一些需要特定温度的物品、工序和环境至关重要。
2. 重力与天平
电影中常常出现称重的场景，需要用到天平。
天平的原理是通过测量物体的重力来确定其质量。
重力是地球对物体的吸引力，重力随着物体的质量和距离而变化。
3. 化学反应
在电影中，我们经常看到一些化学实验室的场景，可以学到一些基础的化学知识。
化学反应是不同化学物质之间发生变化的过程，有时候还会伴随着能量的释放或吸收。
4. 电路原理
在一些科幻电影中，我们看到各种复杂电路的场景。
电路原理是指电子设备中各个元件之间的互相作用关系，这些元件通常包括电容器、电感器、二极管、晶体管和电阻器等。
5. 元素周期表
在一些科学类电影中，我们可以看到元素周期表的出现。
元素周期表是记录了所有已知元素的表格，可以用于了解元素的化学性质、电性质和物理性质等。
这些都是电影中能够学到的简单科学知识，通过观察电影中的场景，我们能够更好地了解这些知识点。
流浪地球1的科学知识
《流浪地球1》是一部科幻电影，涉及到许多科学知识。
以下是对该电影中的一些科学知识的概述：1. 物理学：电影中涉及到了许多物理学的概念和原理，如万有引力、动量守恒、能量守恒等。
在影片中，人类通过推动地球，改变其轨道，这需要巨大的能量，因此动量守恒和万有引力定律在这里得到了应用。
2. 天文学：电影中涉及到了太阳系和星系的知识，如太阳、行星、恒星、黑洞等。
人类计划将地球推离太阳系，前往另一个星系，这涉及到天文学中的星体运动和宇宙航行原理。
3. 地质学：地球的推动和轨道改变需要涉及到地质学的知识，如地心引力、地壳运动、板块构造等。
在影片中，人类使用了大量的工程机械来推动地球，这需要深入了解地质学的知识。
4. 气候学：电影中涉及到地球气候变化和环境破坏的问题，如温室效应、冰川融化、海平面上升等。
这些问题的出现与人类对环境的破坏密切相关，也是气候学研究的重要内容。
5. 计算机科学和人工智能：电影中出现了许多高科技的计算机系统和人工智能角色，如MOSS、量子计算机等。
这些系统在决策和执行任务方面发挥了重要作用，同时也涉及到人工智能的原理和应用。
6. 空间科技：电影中展现了许多太空探索和宇航器的形象，如太空服、火箭、空间站等。
这些形象需要涉及到空间科技的知识，如航天器设计、宇航员训练、太空环境等。
7. 生态学：电影中涉及到地球生态系统的知识，如生物多样性、生态系统平衡等。
人类对环境的破坏导致了生态系统的失衡，这也是生态学研究的重要内容。
8. 能源科学：电影中展示了人类利用各种能源的方式，如太阳能、核能、氢能等。
这些能源的科学原理和应用方式在电影中得到了体现。
9. 地球科学：电影中关于地球的结构和构成的知识也相当重要。
比如对地壳的了解（地壳构造运动等），以及对地球自转和公转的理解（对时间计算的影响）。
10. 航天医学：航天环境对人体的影响也是电影中的一个重要科学元素。
例如，宇航员如何在太空中生活和工作，如何应对失重状态下的生理变化等。
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D：碳纳米管长度与吸附能力的关 系。 E: 用力角度与吸附能力的关系。
“更有趣的是，这些碳纳米 管阵列仿生壁虎脚对接触 物表面没有什么特殊要求， 不仅能在玻璃等光滑的物 体表面产生强吸附力，而 且在其他粗糙或疏水物体 的表面也一样适用。如果 目前的碳纳米管阵列尺寸 可以扩大，那么手掌大(10 厘米×10厘米)的一块仿生 纳米脚就可以在屋顶上悬 挂一位100 公斤重的人。
病毒帮助人类进化：
在进化过程中人和脊椎动物直接从病毒那里获得了100 多种基因。
我们自身体内复制DNA的酶系统也可能来自病毒。
研究人员分析了来自全球不同地区的52个人种的基因 组，这些地区均遭遇了人类在20万年的进化过程中出 现过的病毒。 研究已经证明，8%的基因组由所谓的内源性逆转录病 毒组成。 一些病毒被称为内源性逆转录病 毒（ERV），它们在进化中与哺 乳动物细胞形成了非常亲密的关 系，并成为高级哺乳动物DNA中 的组成部分。 基因突变发生的机率非常低，大约在万分之一到十 亿分之一之间。低等原核生物的突变率较高，大约 为千分之一，而高等类型的生物中，许多基因的突 变率是十万分之一到一亿分之一。
《惊变28天》（28 Days Later） 年 代：2002年 国 家：英国/法国 病毒类别：未知 导 演：丹尼· 博伊尔 《恐怖星球》 (Planet Terror ) 年 代 2007 国 家 美国 病毒类别：未知 导 演 罗伯特罗德里格兹 《 28周后》(28 Weeks Later) 年代： 2007 导演：Juan Carlos Fresnadillo 国家： 西班牙/ 英国 《丧尸出笼2：病毒》 年 代：2005年 国 家：美国 病毒类别：未知 导 演：詹姆斯.杜德尔森 《十二猴子》 (12 Monkeys) 年 代：1995 导 演：特瑞吉列姆 病毒类型：致命病毒 病毒来源：医学实验室
（c）一个（4×4）平方毫米的碳纳米管阵 列自吸附在垂直玻璃的表面上悬挂一瓶约 650克的瓶装可乐饮料； （d）一个（4×4） 平方毫米的碳纳米管阵列自吸附在垂直的 砂纸表面上悬挂一个金属钢圈。
Science, 2008, 322, 238-242
生 化 危 机
进 化 危 机
电影中的病毒：
为医学目的和生化武器的实验室病毒
问题与思考：
问题1： 壁虎为什么能够轻松自如地倒悬挂于天花板或墙壁表面？ 最近的研究揭示，壁虎的脚趾上附有数百万直立的微绒毛，每个微绒毛末 梢 都有纳米分支。当数百万这样的微绒毛与物体表面接触时，它们之间会 产生强大的相互作用力，即范德华力，这种力的大小远远超过了壁虎自身 的重量，因此，壁虎 能够轻松自如地倒悬挂于天花板或墙壁表面。壁虎不 仅可以任意吸附在这些表面上，而且还能随意离开物体表面。 问题2： 利用仿生学制备壁虎脚的现实意义？
纳米材料：
纳米材料(nano material)，即纳米级结构材料，在三维空间中至少有一维处于纳米尺 度范围或由它们作为基本单元所构成的材料，其结构单元的尺寸介于1～100 nm之间。
零维：纳米微粒、原子簇团
按维度数 一维：纳米丝、纳米棒、纳米管 二维：超薄膜、多层膜
纳米材料表现出超常规特性，既不同于微观原子、分子，也不同于该物质在整体状态 时所表现的宏观性质。
这些在水平方向上任意取向的碳纳米管可 通 过与物体表面的相互作用而取向。因此，一 方面，当与物体表面接触时，在平行于表面 的方向有更多接近线状接触的作用“面”， 从而在沿接触表面的方向上产生 更强的相互 作用力，单位面积的吸附力几乎是壁虎脚所 能产生力的10倍；另一方面，在垂直于物体 表面的方向上，与表面接触的碳纳米管在外 力的作用下可逐点脱 离表面，吸附力因此大 大减少，从而实现轻松脱吸附。
入侵 脑细胞
片名：盗梦空间 Inception 导演： 克里斯托弗· 诺兰 主演： 莱昂纳多· 迪卡普里奥、 艾伦· 佩姬、约瑟夫· 高登-莱维特 年代：2010
脑电波：
脑电波是通过医学仪器脑电图描记仪将人体脑部自 身产生的微弱生物电放大记录而得到的曲线图。脑 电图用于辅助诊断脑部相关疾病，但因为其易受到 干扰，故临床上通常要结合其他手段来使用。脑电 图主要用于癫痫、脑血管疾病等的检查。
1929年，贝格尔第一个设计成一套电极系统，臵于头皮之 上而与一示波器相联接，可描记出节律性的电位变化。贝 格尔研究了这些脑电节律，并将最占优势的节律命名为 “阿尔法波”（α波）和“贝塔波”（β波）。“脑电图” （EEG）技术便由此发现而问世了。
病毒：
病毒是一种具有细胞感染性的亚显微粒子，它实际 上就是由一个保护性的外壳包裹的一段DNA或者 RNA，借由感染的机制，利用宿主的细胞系统进行 自我复制，但无法独立生长和复制。同时，也能在 细胞外保持极强的生命力。病毒可以感染所有的具 有细胞的生命体。
病毒自我复制过程：附着→入侵→脱壳→合成→组装→释放
艺术 电影 繁衍
酿造
细枝
科幻电影的发展：
科幻文学的发展：
玛丽· 雪莱（Mary Shelley ）
英国著名小说家，浪漫主义诗人雪莱的第二任妻子。
1818年创作了文学史上第一部科幻小说《弗兰肯斯坦》 （或译《科学怪人》），被誉为科幻小说之母。
科学怪人 Frankenstein (1931)
科学怪人剧照
细胞：
1665 年 英 国 发 明 家 罗 伯 特 · 克 胡 （Robert Hooke）用他自己改进的显 微镜观察软木塞结构，发现细胞
动物细胞
植物细胞
细菌：
细菌是一种单细胞生物体，细菌细胞的细胞壁非常像普通 植物细胞的细胞壁，但没有叶绿素。此外，细菌没有明显 的核， 而具有分散在整个细胞内的核物质。有些细菌是 “病原的”细菌，其含义是致病的细菌。然而，大多数类 型的细菌不是致病的，而的确常常是非常有用的。例如， 土壤的肥沃在很大程度上取决于住在土壤中的细菌的活性。
海底两万里（1916、1954、2012） 八十天环游地球 （1956、1989、2004） 神秘岛（1961、2005、2012） 地心游记（1959、1999、2008） 格兰特船长的儿女（1996、2005） 气球上的五星期（1962、2001） 从地球到月球（1998）
科幻电影的发展：
科幻电影起源于欧洲，发达在美国（1902～1930） 早期的科幻电影都是科幻小说家儒勒凡尔纳（JULES VEME）和H.G.威尔 斯(H.G WELLS) 的综合，主题都集中在太空旅行和登月上 。
纳米材料的特性： 体积效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应
碳纳米管的性能：
力学性能 碳纳米管的比重只有钢的1/6，而强度却是钢的100倍。
碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料，因而被称“超级纤维”，是从
月球至地球唯一不被自重拉断的绳索。 碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。 化学性能 碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但却比高分子 材料稳定得多。此外，碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高 的。
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土拨鼠日Groundhog Day (1993)
科幻=科技&幻想
电影：以技术为手段，以画面和声音为媒介，在银幕上运动的时间和空间里创造形象， 再现和反映生活的一门艺术 ----------《电影艺术词典》 科幻电影---来自于生活中真实的科学技术和有理有据的幻想
铸就 科技 推动 生活
科幻
Cycle
（THE FIRST MEN IN THE MOON,1919） 《月亮上的女人》（THE GIRL IN THE MOON,1929） 1969年7月20日，人类实现首次登月。
纳米材料
The Small World
基本概念：纳米
• Universe
• Earth
• Height of a Building
《隔离区》 (Quarantine) 年 代：2008 导 演：约翰· 里克· 达尔 病毒类别：狂犬病 病毒来源：地下实验室
《战栗城市》 (Right at Your Door) 年 代：2006年 国 家 ：美国 病毒类别 ：生化武器 导演：克里斯· 戈拉克
《病毒》 (Virus) 出品年代：1999年出品 导 演：约翰-布鲁诺 病毒类型：人类成为病毒
• Diameter of Human hair
• Red Blood Cell
•
•
Light Years
km
m
0.01 mm
5 m
0.06 m (60 nm)
0.276 nm (2.76 A)
(dia.)
Virus (dia.)
Water Molecule (dia.)
1 m = 103 mm = 106 m =109 nm =1010 Ǻ
美国麻省理工学院电子工程系和物理系的 著名科学家 Mildred Dresselhaus教授
电学性能 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同， 所以具有很好的电学性能，电导率通常可达 铜的1万倍。有报道通过计算认为直径为 0.7nm的碳纳米管具有超导性，预示着碳纳米 管在超导领域的应用前景。
碳纳米管打造蜘蛛侠
1.
2. 3a. 3b. 4. 5a. 5b. 6.
7.
病毒体附着到宿主细胞表面并通过胞吞进入细 胞； 衣壳分解后，病毒核糖核蛋白转运入核； 病毒基因组转录； 病毒基因组复制； 新合成的病毒mRNA出核并完成翻译； 合成的核蛋白入核与新复制的核酸结合； 合成的病毒表面蛋白进入高尔基体完成翻译后 修饰并转运上膜； 新形成的核衣壳进入细胞质并与插有病毒表面 蛋白的细胞膜结合； 新生成的病毒体通过出泡方式离开宿主细胞。
在人类无法到达或危险的地方，我们常常派机器人去 执行任务，攀墙附壁的本事对它们来说必不可少。
思考： 如何利用仿生学制备“人造壁虎脚”？
王中林研究小组相关工作