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一、材料工程在兒童立體書設計中的運用

1.光伏材料又名太陽能材料，是將太陽能轉換成電能運用的材料。若是將此類材料運用于兒童圖書中，可使白天置于陽光下照射過的書籍在夜間發(fā)出柔和的光線，營造新的閱讀體驗。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煅燒而成。無色或淺白色，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)出各種顏色的可見光。遙控器上的熒光材料按鈕，手機貼紙上的熒光圖案在白天吸收光線后，夜間都會發(fā)出柔和的光。我們希望把這種材料運用到兒童立體書的設計中去，使夜間讀書也有足夠柔和的光線。將點狀、線狀或面狀的夜光材料運用于立體書的某些結構點上，在可見光不足的空間中能得到不同的閱讀體驗，營造一種氛圍，同時還能強調立體書的空間感和趣味性。

2.智能皮膚智能皮膚是一種頗具科幻色彩的高科技材料。將其包裹于書籍的表面，通過皮膚上的上萬個微型傳感器可以使書籍感受得到周圍的環(huán)境，從而產生一系列的反應。我們想借由相同的原理，得到紙質的智能皮膚材料。在書籍的紙張中預埋上大量的中空纖維，纖維中灌滿黏合劑。當皮膚感應到書籍的損壞，相應位置的纖維會斷開，釋放出黏合劑，將裂紋自動黏合住。這樣就得到了一本能自我修復的書籍。雖然這種設計現(xiàn)在還只是一種暢想，但英國的一家公司已經率先開始著手研究在戰(zhàn)斗機上運用這種材料，使得戰(zhàn)斗機可以感知周圍的環(huán)境，從而對危險情況產生預判。

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，設計師將這款新型材料制作的家具壓制成一個方便運輸?shù)钠桨澹谛枰臅r候，通過將之接上電源，就能在十分鐘之內使其從平板恢復成一個家具。在設計兒童立體書時，我們可以將想要表達的立體場景預先設計好，然后利用形狀記憶的先進技術將每一個的立體場景壓縮為一層薄薄的書頁，然后接上電源或者接受陽光的照射使立體的場景再現(xiàn)。通過利用這一技術我們完全可以實現(xiàn)對兒童立體書的一次創(chuàng)新。立體書將不再被紙張創(chuàng)作的局限性所約束，從而實現(xiàn)復雜的、逼真的，紙張無法做到的立體場景，實現(xiàn)對兒童立體書籍設計的變革也是本文探索的主旨。

二、力學原理在兒童立體書設計中的運用

1.結構靜力學結構靜力學是結構力學中的分支，它主要研究工程結構在靜荷作用下的彈塑性形變和應力狀態(tài)，以及結構優(yōu)化問題。由于在兒童立體書籍的設計中無法避免會出現(xiàn)較多的纖細結構，以及材料本身薄軟的特性。導致它們在受壓時結構會產生過大的形變，從而無法提供足夠的支撐力。如圖，當我們在設計立體書的結構時，需要更多地考慮在集中應力的結構點做加強強度或韌性的處理，從而能保證結構的穩(wěn)定性。在紙質模型試驗中我們通過增加紙張的厚度來加大它的結構穩(wěn)定性，或者將集中應力的部位替換為穩(wěn)定性更高的復合型材料來達到增加穩(wěn)定性的目的，從而實現(xiàn)更加復雜的結構。

2.摩擦力下面我們要探究的是在日常生活中隨處可見的摩擦力。物理告訴我們：人類在光滑的平面上行走非常困難，因為光滑的平面會減少鞋底與地面之間的摩擦力；增大摩擦力對人們的生活有種種好處，但有時減少摩擦力也是必要的，例如在機械中加入潤滑劑是為了減小齒輪之間的摩擦力，增加機械的壽命。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。兒童在翻閱書籍的時候，由于皮膚細嫩，手指短小，所以無法獲得足夠的摩擦力導致不易翻閱，也易造成對書籍的損害。所以在設計兒童書籍的時候，我們可以利用增大摩擦力的原理在圖書底面處使用表面粗糙的紙張。這樣兒童在翻閱書籍時會更加自如，也延長了兒童書籍的壽命。如圖，當接觸面越粗糙的時候摩擦力越大。而紙質模型圖的冷灰色底面就是更加粗糙的紙質材料，可以幫助兒童更加容易地翻閱圖書。而在立體書的立體部分，我們需要減小摩擦力，所以使用光滑的材料（象牙白色紙張），使書籍立體的動態(tài)過程中減少阻力的產生，使閱讀的過程更加順暢。

3.彈力在日常生活中，也有一個重要的力：彈力。其兩個重要形成條件：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，能夠恢復原狀的形變叫作彈性形變。彈力是指彈性形變而引起的應變力。例如將彈簧拉長后其要恢復原來的形狀，就會有力，這個力就是彈力。在兒童立體書中我們運用彈力原理可以將書籍的故事情節(jié)與立體結構結合做設計。如圖，講述的是鯉魚躍龍門的故事，小鯉魚躍入水塘，留下漣漪。當讀者拉出小鯉魚的尾巴時產生彈性形變，而因巧妙的結構設計產生的應變力拉小鯉魚回歸平面（水面）。這樣巧妙地運用彈力，我們得到了一本能與讀者互動的兒童立體書。嘗試小鯉魚身體的不同結構帶來的不同彈力效果。結果顯示圖5的結構更具彈力。如圖7螺旋切割的紙張也是一種彈力控制的運用。在立體書的設計中加入如彈簧般螺旋的結構，能夠在靜止的立體結構中增加一絲動感。使用巧妙的剪裁能在閉合書籍的時候毫不費力。

三、總結

書籍可以啟迪兒童幼小的心靈，立體書籍更加適合兒童的特殊讀物。探究兒童立體書籍未來的創(chuàng)新形式是一次充滿童趣的旅程。通過對材料科學以及力學的研究，我們更加意識到在未來兒童立體書籍可以發(fā)生的種種改變。采用這些概念設計的兒童立體書籍不僅可以更加生動地敘事，同時也在孩童的心中埋下了科學的種子。從而達到拓展立體書籍發(fā)展寬度的目的。當孩童翻開一本由形狀記憶材料設計的立體書時，他不僅僅獲得了故事里的啟迪，同時也定會對科技產生濃厚的興趣。當孩童打開書籍看見一個個由纖薄的紙張制作的惟妙惟肖、窮工極態(tài)的立體場景時，他定會對力學有了新的認知。當然，超前的設計理念同樣意味著現(xiàn)實與未來的距離。比如智能皮膚就是一種離我們的生活還有些遙遠的材料科學。但未來并不是完全不可見的。任何天馬行空的想象都可能會成為人類開啟下一個文明時代的關鍵鑰匙。下一位愛因斯坦的誕生也許就會從他翻開一本神奇的兒童立體書開始。

作者：鄧衛(wèi)斌陳方婧王巍單位：湖北工業(yè)大學藝術設計學院