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一、材料工程在兒童立體書(shū)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

1.光伏材料又名太陽(yáng)能材料，是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能運(yùn)用的材料。若是將此類材料運(yùn)用于兒童圖書(shū)中，可使白天置于陽(yáng)光下照射過(guò)的書(shū)籍在夜間發(fā)出柔和的光線，營(yíng)造新的閱讀體驗(yàn)。熒光材料熒光材料是將金屬硫化物（或稀土氧化物）與微量活性劑配合經(jīng)煅燒而成。無(wú)色或淺白色，是在紫外光照射下，依材料中金屬和活化劑種類、含量的不同，呈現(xiàn)出各種顏色的可見(jiàn)光。遙控器上的熒光材料按鈕，手機(jī)貼紙上的熒光圖案在白天吸收光線后，夜間都會(huì)發(fā)出柔和的光。我們希望把這種材料運(yùn)用到兒童立體書(shū)的設(shè)計(jì)中去，使夜間讀書(shū)也有足夠柔和的光線。將點(diǎn)狀、線狀或面狀的夜光材料運(yùn)用于立體書(shū)的某些結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，在可見(jiàn)光不足的空間中能得到不同的閱讀體驗(yàn)，營(yíng)造一種氛圍，同時(shí)還能強(qiáng)調(diào)立體書(shū)的空間感和趣味性。

2.智能皮膚智能皮膚是一種頗具科幻色彩的高科技材料。將其包裹于書(shū)籍的表面，通過(guò)皮膚上的上萬(wàn)個(gè)微型傳感器可以使書(shū)籍感受得到周?chē)沫h(huán)境，從而產(chǎn)生一系列的反應(yīng)。我們想借由相同的原理，得到紙質(zhì)的智能皮膚材料。在書(shū)籍的紙張中預(yù)埋上大量的中空纖維，纖維中灌滿黏合劑。當(dāng)皮膚感應(yīng)到書(shū)籍的損壞，相應(yīng)位置的纖維會(huì)斷開(kāi)，釋放出黏合劑，將裂紋自動(dòng)黏合住。這樣就得到了一本能自我修復(fù)的書(shū)籍。雖然這種設(shè)計(jì)現(xiàn)在還只是一種暢想，但英國(guó)的一家公司已經(jīng)率先開(kāi)始著手研究在戰(zhàn)斗機(jī)上運(yùn)用這種材料，使得戰(zhàn)斗機(jī)可以感知周?chē)沫h(huán)境，從而對(duì)危險(xiǎn)情況產(chǎn)生預(yù)判。

3.形狀記憶材料形狀記憶材料是一種新的材料?，F(xiàn)在已存在用形狀記憶材料制作的家具，設(shè)計(jì)師將這款新型材料制作的家具壓制成一個(gè)方便運(yùn)輸?shù)钠桨?，在需要的時(shí)候，通過(guò)將之接上電源，就能在十分鐘之內(nèi)使其從平板恢復(fù)成一個(gè)家具。在設(shè)計(jì)兒童立體書(shū)時(shí)，我們可以將想要表達(dá)的立體場(chǎng)景預(yù)先設(shè)計(jì)好，然后利用形狀記憶的先進(jìn)技術(shù)將每一個(gè)的立體場(chǎng)景壓縮為一層薄薄的書(shū)頁(yè)，然后接上電源或者接受陽(yáng)光的照射使立體的場(chǎng)景再現(xiàn)。通過(guò)利用這一技術(shù)我們完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童立體書(shū)的一次創(chuàng)新。立體書(shū)將不再被紙張創(chuàng)作的局限性所約束，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的、逼真的，紙張無(wú)法做到的立體場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童立體書(shū)籍設(shè)計(jì)的變革也是本文探索的主旨。

二、力學(xué)原理在兒童立體書(shū)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

1.結(jié)構(gòu)靜力學(xué)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的分支，它主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜荷作用下的彈塑性形變和應(yīng)力狀態(tài)，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題。由于在兒童立體書(shū)籍的設(shè)計(jì)中無(wú)法避免會(huì)出現(xiàn)較多的纖細(xì)結(jié)構(gòu)，以及材料本身薄軟的特性。導(dǎo)致它們?cè)谑軌簳r(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的形變，從而無(wú)法提供足夠的支撐力。如圖，當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)立體書(shū)的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要更多地考慮在集中應(yīng)力的結(jié)構(gòu)點(diǎn)做加強(qiáng)強(qiáng)度或韌性的處理，從而能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在紙質(zhì)模型試驗(yàn)中我們通過(guò)增加紙張的厚度來(lái)加大它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，或者將集中應(yīng)力的部位替換為穩(wěn)定性更高的復(fù)合型材料來(lái)達(dá)到增加穩(wěn)定性的目的，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

2.摩擦力下面我們要探究的是在日常生活中隨處可見(jiàn)的摩擦力。物理告訴我們：人類在光滑的平面上行走非常困難，因?yàn)楣饣钠矫鏁?huì)減少鞋底與地面之間的摩擦力；增大摩擦力對(duì)人們的生活有種種好處，但有時(shí)減少摩擦力也是必要的，例如在機(jī)械中加入潤(rùn)滑劑是為了減小齒輪之間的摩擦力，增加機(jī)械的壽命。在滑梯上我們保持滑道的光滑是為了減少摩擦力從而保證更有趣的體驗(yàn)。兒童在翻閱書(shū)籍的時(shí)候，由于皮膚細(xì)嫩，手指短小，所以無(wú)法獲得足夠的摩擦力導(dǎo)致不易翻閱，也易造成對(duì)書(shū)籍的損害。所以在設(shè)計(jì)兒童書(shū)籍的時(shí)候，我們可以利用增大摩擦力的原理在圖書(shū)底面處使用表面粗糙的紙張。這樣兒童在翻閱書(shū)籍時(shí)會(huì)更加自如，也延長(zhǎng)了兒童書(shū)籍的壽命。如圖，當(dāng)接觸面越粗糙的時(shí)候摩擦力越大。而紙質(zhì)模型圖的冷灰色底面就是更加粗糙的紙質(zhì)材料，可以幫助兒童更加容易地翻閱圖書(shū)。而在立體書(shū)的立體部分，我們需要減小摩擦力，所以使用光滑的材料（象牙白色紙張），使書(shū)籍立體的動(dòng)態(tài)過(guò)程中減少阻力的產(chǎn)生，使閱讀的過(guò)程更加順暢。

3.彈力在日常生活中，也有一個(gè)重要的力：彈力。其兩個(gè)重要形成條件：接觸和變形。物體在力的作用下發(fā)生的形狀或體積改變叫作形變。在外力停止作用后，能夠恢復(fù)原狀的形變叫作彈性形變。彈力是指彈性形變而引起的應(yīng)變力。例如將彈簧拉長(zhǎng)后其要恢復(fù)原來(lái)的形狀，就會(huì)有力，這個(gè)力就是彈力。在兒童立體書(shū)中我們運(yùn)用彈力原理可以將書(shū)籍的故事情節(jié)與立體結(jié)構(gòu)結(jié)合做設(shè)計(jì)。如圖，講述的是鯉魚(yú)躍龍門(mén)的故事，小鯉魚(yú)躍入水塘，留下漣漪。當(dāng)讀者拉出小鯉魚(yú)的尾巴時(shí)產(chǎn)生彈性形變，而因巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的應(yīng)變力拉小鯉魚(yú)回歸平面（水面）。這樣巧妙地運(yùn)用彈力，我們得到了一本能與讀者互動(dòng)的兒童立體書(shū)。嘗試小鯉魚(yú)身體的不同結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不同彈力效果。結(jié)果顯示圖5的結(jié)構(gòu)更具彈力。如圖7螺旋切割的紙張也是一種彈力控制的運(yùn)用。在立體書(shū)的設(shè)計(jì)中加入如彈簧般螺旋的結(jié)構(gòu)，能夠在靜止的立體結(jié)構(gòu)中增加一絲動(dòng)感。使用巧妙的剪裁能在閉合書(shū)籍的時(shí)候毫不費(fèi)力。

三、總結(jié)

書(shū)籍可以啟迪兒童幼小的心靈，立體書(shū)籍更加適合兒童的特殊讀物。探究?jī)和Ⅲw書(shū)籍未來(lái)的創(chuàng)新形式是一次充滿童趣的旅程。通過(guò)對(duì)材料科學(xué)以及力學(xué)的研究，我們更加意識(shí)到在未來(lái)兒童立體書(shū)籍可以發(fā)生的種種改變。采用這些概念設(shè)計(jì)的兒童立體書(shū)籍不僅可以更加生動(dòng)地?cái)⑹?，同時(shí)也在孩童的心中埋下了科學(xué)的種子。從而達(dá)到拓展立體書(shū)籍發(fā)展寬度的目的。當(dāng)孩童翻開(kāi)一本由形狀記憶材料設(shè)計(jì)的立體書(shū)時(shí)，他不僅僅獲得了故事里的啟迪，同時(shí)也定會(huì)對(duì)科技產(chǎn)生濃厚的興趣。當(dāng)孩童打開(kāi)書(shū)籍看見(jiàn)一個(gè)個(gè)由纖薄的紙張制作的惟妙惟肖、窮工極態(tài)的立體場(chǎng)景時(shí)，他定會(huì)對(duì)力學(xué)有了新的認(rèn)知。當(dāng)然，超前的設(shè)計(jì)理念同樣意味著現(xiàn)實(shí)與未來(lái)的距離。比如智能皮膚就是一種離我們的生活還有些遙遠(yuǎn)的材料科學(xué)。但未來(lái)并不是完全不可見(jiàn)的。任何天馬行空的想象都可能會(huì)成為人類開(kāi)啟下一個(gè)文明時(shí)代的關(guān)鍵鑰匙。下一位愛(ài)因斯坦的誕生也許就會(huì)從他翻開(kāi)一本神奇的兒童立體書(shū)開(kāi)始。

作者：鄧衛(wèi)斌陳方婧王巍單位：湖北工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院