我的环球独木舟

最近我在为了做感兴趣的研究写很多申请提案和自我陈述，有一些半成品的模糊的故事我没法留在文书里，想要把它们放生到这个博客。也希望能讨论！这些故事的题目包括【怎么选择了现在的领域？对未来职业有什么考虑？对选择研究机构有什么考虑？你的领域怎么构成对理论和工程的支持？你个人在科研内以及生活中如何体现了创造力和执行力？】。我写的过程中很大的感想是我已经接受了很多特权、善意和支持了，才有能量去尽量照顾自己和别人。有空我会编辑地更清楚可读的！

怎么选择了现在的领域？

我选择的领域是活的东西的物质性。这个领域的问题是：生命是怎么从物质中涌现的，又怎么和物质、力学互动？软：不同材料怎么应对大扭曲？怎么解释生物的时空组织？如何通过理解和设计来和生命互动？

我在探索方式上是类似假设测试（hypothesis testing）来通过体验和更新来迭代我的愿景。我很珍惜有探索阶段的特权，所以我用科学和设计的方式来认真面对使命，不是轻易在未知中锁定随意的专业化方向，但同时还是在每个经历中都做到足够的时间和产出阶段（这是个平衡，类似设计中的探索-实践的双钻石结构）。在参加软物质大会的时候我了解到年长的科学家也很多有过pivoting和不断更新的经验，我认为这是个很重要的研究导向能力。我主动获取和校园外的不同实验室以及民间组织的合作和学习机会，然后通过实践和项目中的克服难题，得到感受和心得，了解我自己和世界。

我必须先解释我的出发点，也就是我非传统的大学经历。大学的课程针对第一原则的计算理能力和思维模型学习能力，并且他们通过网上教学平台的方式让学生们每个学期在一个不同的国际城市学习和工作。这相比传统大学经历的劣势是缺少专业课程和学术实验室资源。优势是给我跟校园外的不同国际社区的接触，针对计算和学习能力的训练。总之，这种特殊经历让我学习如何克服自主创造资源的挑战，快速学习和进入项目的能力，以及跟校园和学术外的多元组织成立研究合作的视角和经验。

我觉得和国际社区合作这件事尤其珍贵，这代表我不只是在个人层面学习如何做个好科学家，也在社会结构层面能够考虑如何做更好的科学基建、政策、和人的链接。这更让我意识到我在意人类更好和物质生态相处的挑战。这为什么是个问题？我出身夏威夷。之前我参加ala wai watershed的保护组织。他们的需求是小岛的人类和非人类岛民都能健康。这并不简单，因为人造水渠的污水处理系统经常堵塞，并且入侵物种（虽然不是所有入侵物种都坏）经常逼迫当地物种濒临灭绝；多重人造和气候原因导致食肉细菌在水渠里危害划船的人，以及污水在雨后泛滥导致水渠里的鱼和微生物生态失衡。这一个系统里就有污水处理工程，生态平衡，人类健康这几个元素。这种人-自然相处问题并不夏威夷独有。比如在阿根廷，我参加了anita brocoli agroecological collective，一个疫情中发起的城市随机种菜计划。他们的初衷是疫情中叠加经济衰败，很多人没有健康和足够的蔬果吃。并且失业潮流中人也有心灵和社交的挫败，需要有地方可以好好相处。这两个需求在停车场里的轮胎农场得到实现。他们还有很多需要面对的挑战，比如城市环境的水泥地高温并不适合夏天种植，而且他们希望也帮助布市面对垃圾回收很难甚至并不能减排的问题。这一个系统里就有植物生长，塑料和其他材料的循环和处理，以及市民饮食健康、市民生计、市民寂寞的问题。总之，我在大学经历最大的hypothesis改观就是通过和国际社区合作，发现了我对当地人和自然的关系问题最在意。

我参与当地的方式是通过第一原则的方法，比如计算建模和理论力学。我在大学开始就假设了我想作为个研究者来工作，因为我喜欢找到具象事物之间的抽象规律和结构，然后把这些规律（关系）表达提炼创造出来，再用沟通或者设计来传送给别人。比起人文，物理工程类学科更侧重的是肢解或者“做”什么东西。是技术，比如一种理论的推导和测试，一种统计方法的使用，一种仪器的改造。其实这让我很安心，因为我能大概看懂每个人干了啥想干啥（用了什么技术， 想用什么技术）。他们好像很在乎你的slope-你在已有资源中怎么最大效能前进的。是一种去除起跑线的方法。我也觉得这是个珍贵的品质：能量转换。

第一年我主要学习了复杂系统和实证（科学）方法的套路，包括：网络，层次，系统切割，相变图，实验设计，hypothesis development，观察类study，变量，建模，编程，概率，可证伪性，证据支持性。第二年我开始上更数学和物理专业的课，包括统计物理。统计物理课给了我最棒的地图，因为底层逻辑是层次之间的互动（有些系统有太多互动部分，虽然我们没办法在最底层解构然后预测最终结果，但是我们可以coarsegrain出中间层变量预测结构范围）。教授推荐我去看群体智慧的数学讲座，我从中发现这个领域的研究对象有动物群体、群体算法、和细胞群体这几种，之后几年一一探索。

我先做了最传统的复杂系统，聚合物材料。统计物理在这里可以很完整地使用，因为聚合物是被动的粒子集合，通过物理和化学过程转变结构。这里的力学是结构稳定性。然后我还是做材料，但是换到了更大只的metamaterials，也就是一般我们折纸的规格。这里我们做的是优化，利用了理论力学。我觉得这个方向很好玩，未来也想要帮助metamaterials变成更方便大家制作需要的物质性能的东西的方法和设计工具。我还未了学习最好的数据分析方法做了个机器学习项目，里面用的graph based神经网络不止适用于重组高能粒子的轨迹，也可以用来分析其他轨迹，比如细胞、蛋白、动物、材料、人。

然后我就开始做毕业论文了，关于动物群体里个体的感知局限怎么影响互动和群体结构。这个项目也是力学，我们看polar alignment有点像磁铁，信息传输则是“alignment force”。这叫active matter主动物质。目前对生态保护的影响力是能够预测迁徙轨迹，以及气候变化对于生态互动的影响。这个项目也让我想了很多学术和社区如何合作的事情。诚实地说一部分原因是我个人很需要和社区保持联系。学术伙伴们让我得到知识狂欢，但是我个人关注的问题和角度涉及到科学能触及之外的尺度，不能很好被结构化、量化、工业化的部分。比如，一个阿根廷的城市农场怎么处理烟头？怎么能够建立学术和社区的合作？我感觉在阿根廷项目里重要的几个步骤是，首先作为人类去参与和了解，然后表达想要帮助观察、收集数据、提出解决方法的这个研究类合作，保持经常交流和迭代分享，最后能够留下点记录、资源、视觉化的或者实体的东西、建议、继续观察和研发的工具。（见：理论工作者参与社区设计的工具箱/问卷）

毕业后我想要做一个长期完整有产出和自主性的项目，就去了数据更多的发展生物系统。这里我们在果蝇胚胎中学习细胞怎么粘接，怎么涌现出皮肤组织在发展中编程复杂的身体结构。这里的力学是流体，在个体细胞层面又是分子聚合体。这些理论能比较好地描述生物层面的机制，并且以后也能设计和补救一些胚胎和干细胞的病。我觉得理论和工程之间有合作很重要，因为模型需要证据，实验需要设想。于是在胚胎项目上我联系到了做生物材料的教授可以帮助我们把细胞粘接的机制用到tissue engineering上。

总之，我很感兴趣“聚合”。两种东西在一起发生什么？什么情况好？什么情况坏？怎么改变？比如，入侵物种不一定坏，怎么出现这种品质的？细菌水泥不一定最适合一个地区的经济和生态，可以怎么更适合呢？所以我要去建模，要把这些政府资源搞出来的模型作为public good落地到实践者。

对未来职业有什么考虑？

总的来说，我就是想要近距离接触世界奇妙事物，同时也幻想和创造一些collab。所以我选择生命物质和生物材料的理论/计算方面。因为模型是first principles，我可以接触很多不同系统，也可以“设计”一些简单的“材料”。未来我想做几个多年项目，每个都是有个跟我很不同的合作组织，我们互助。过去的轨迹影响我的其实是大学，因为学了复杂系统，还发现可以在象牙塔外争取出这么多奇妙的自组织和梦。（比如农场，林地，厨房，杂志。互相帮助的人，有意义的可以触碰的生活）我的起跑线很幸运能接触到高中的研究课。大学虽然没有名校和校园资源（我要怎么介绍这个线上、思维、全球blabla项目。听起来像个权贵旅游团，其实是个低价绿卡/硅谷人脉通道）。但是也有其他self starters鼓励我去找想做的项目，学想学的东西。我的能量转换主要是通过在高维图案的感知下快速建立机会和学习技能（包括建立关系，包括现实中的非框架理解，包括各种编程语言和物理材料方法），得以把图案传输到具体项目里，也后续疏通不同联系或相辅相成。在看到获奖者们的简介后我明白我们不同之处是他们是优秀的产出者和系统协作者，但我在更边缘的地方。这是事实，也让我感到安定（我不需要强求自己符合，因为不可能），也感到好奇（既然我不需要跟从他们的梦，那我现在感兴趣什么？）。我的答案是，我很好奇跟在非西方学术界而且有建造、自然的亲身+历代经验的人们，他们怎么面对“生命怎么从物质里产生？”和“我们怎么在使用物质保护和喂人类时更符合自然规律，更好相处？”（生物物理和生物材料的基本问题）。这都是linear regime之外，统计物理和工程的人需要回答的，而其他人也许有些参考答案。

对研究院选择有什么考虑？

1. 有理论、实验、设计、基建的合作者导师和子项目（不一定是部门里）

2. 有迭代机制，设立不论结果如何都有趣的理论问题和目标

3. 允许社区趋向，能找到我适合的位置：在理论和社区之间

所以我现在谈了很多可能导师和项目和提案。我觉得最喜欢的还是第一原则类和概念哲学上拓荒类的。我得到这些价值观也来自很多很多和各种教授和不搞学术的朋友们的聊天。

我和一个很契合的年轻教授聊天。我们有相似的天空-土地距离：她用mehcanics作为框架，能够触及很多不同尺度的系统，甚至有时能找到有用的规律。她可以不拘泥应用（不用只造车或者只研究细菌），也不拘泥理论（有些问题动手造出来比算出来更快！比如泡泡怎么蔓延）。她可以“好奇心驱动”。她告诉我只要说我genuine（真诚）的原因就好。我还挺惊讶的，我以为我必须为了我的隐蔽目标去讲一些贴合他们（跟我不像的人）让他们觉得我是他们一样的人。genuine，是说我可以就仔细听听我想要什么？那可真好，呼。比如，我为什么要去个机械工程学院？因为我想和她一起看细菌黏膜和折纸，看他们在承受很大的挤压和弯曲时都如何应对。genuine是一个很好的字。

另一个很好的字是“fit”（合适，契合）。我上个月和大学数学教授聊天。他让我想起来在上那些课的时候，我的喜爱和初衷是一些数字和物理的“模型”（入口，出口，中间发生的事）看见世界一些珍贵的地方。如今我的恐惧是，我怕因为目前解题能力而被不接纳。因为那些老师和学生都更善于也舒适于耐心一步一步到结论，而我容易跳。但我也无法立即改变我过去的知识。如果我真的想要解的话，可以学习，练习。只能以原来的样子去说，我们合吗。

这个领域为什么算作应用物理和工程？

用几个具体的同好来举例说明这个领域的理论、哲学、工程。

细胞群体的物理和沟通：hongbo zhao& ned wingreen，mattia serra & daniel cohen：流体和凝聚态物理+维度 =细胞群体的流动和底层的蛋白机制。这个方向我有最多技能和支持。practice。但感觉有点太驯服，不假思索，是个当下火热动力机。是不是也有空间去挑战背后的假设？有是有。也可以做基建工作，matt。我只是还没看出来这件事能怎么跟其他人有凝聚感。他们用的观测和制作方式都是其他文化不用的。是个很长很长的资本链。通过pharma。

几何材料力学的理论和工程：abigail plummer & Andrej Košmrlj & chelsea herevan：力学 + 细节 =活的&设计的（meta）材料的生长、fracture、扭曲。我真的觉得他们可以吸取origami之外之外的可能性。这个方向我两年前最喜欢，也更联通我想做的“动手”（叫他craft？我更能想象这怎么一下午弄出来）以及 想要建立的合作关系（砖块）。这个模式更有accessible manufacturing agency，任何人都能用，只是需要些lists和theory。

动物群体的智慧和适应：orit peleg & simon levin & michael levin：人类怎么学习蜂群的沟通和群体智慧？看数据，做实验，做田野，做模型，采访养蜂人，做人类比喻。这个方向我在哲学上最需要。我觉得他几乎偏离科学方法进入人-自然设计，包括采访，包括比喻。但是还没人理我哈哈。而且更难证伪（其实也没必要证伪，但是什么好听什么好用）。这个方面比较意识流，有点像是艺术或者历史。可能可以和wendi一起做这传输。哦flocking paper可以做这件事的prototype！反正又不急也没有老板。我真的真的觉得复杂生物物理学家们可以从其他文化的“理论”学到很多很多。那我应该侧重去找那些人啊！

然后我想说一下这对理论、工程和社区分别的可能好处：

帮助物理理论处理之前不能考虑的系统，比如非线性、非衡态、有主动性、有大型deformation。这个领域的方法囊括物理（统计物理，流体物理），机械工程（力学），数学+计算机（模型，数据分析，机器学习），生物（细胞，分子，甚至微生物和动物生态）。这些方法都会因为新系统对象而得到更新。我最感兴趣的理论是细菌群体行为。因为我觉得细菌在细胞和organism、superorganism的中间，又是世界上最多元最顽强最反人类直觉的生命。这个方面的专家是ned wingreen，他们做biofilm modeling，包括群体结构如何被内部的个体差异和资源共享而影响。

传统的应用：包括制作疫苗来治病，更减排的水泥，弹性的假肢材料，使用新方法做计算机。这些问题都会因为考虑到生物部分而得到改进。我最感兴趣的应用是可持续生物建筑材料。这个方面的专家是Edmund zhang的导师，他们做bacteria cement。他们需要的生物物理理论是，特定密度的细菌会在不同的水泥结构里形成什么密度的愈合？

我觉得很有潜力的一个理论-工程结合是用wingreen组的模型来合理设计edmund组的建筑材料。我会想要落地的方式是社区，比如vernacular architecture，在摩洛哥和阿根廷，也可以是美国境内的各种小农场。这在未来会是个很需要的local气候适应方法，毕竟工业化的一大问题是不适应局部气候。这么落地有两个对比wingreen和edmund来说的额外部分：首先是需要做田野合作来达到第一个落地case，这个部分可以参考orit组的beekeeping，只是要调换物种。其次是要做教育和工具基建，比如bacteria相关的有culture lab，显微镜、sequencing、计算模型。这个部分可以参考dynamicland的线下部分和discourse graph的线上部分。

我还想特地说一下为什么社区可以反向帮助到理论和工程。首先，理论需要观察和经验，但是理论学家本身没有这些经验知识。他们现在能触及的是实验experimentalist能孤立的一些系统。但其实理论学家也需要，要么通过experimentalist要么直接field，来看到能test或者counter他们的预测的证据。他们还需要有经验的人告诉他们需要encode的规律和知识。比如说bacteria吧，大部分实验室都用ecoli，其实细菌有很大的多样性，对自然结构也有依赖，所以理论很重要的需要知道这两个因素怎么影响群体结构。还有，bacteria理论里面借用public goods 和chemcial warfare比喻，但是public good比喻有不靠谱的地方，比如其实那些分泌营养的细菌并不处于资源短缺所以没有人类假设的那种竞争关系。人类需要更正theory里的implicit assumptions。

这个新领域方向可以串联很多人得到新工作方向，而且也有已经证实的问题需求和解法prototype。不心动吗？！

你在科研内怎么使用过创造力和自主力？

毕业论文里我找到了个空缺。理论中不区分信息来源，但很多动物群体里是有环境信号的。所以我做了个结合互动感知机制和环境信息收取机制的模型，来看他们之间的互动。这个理论有个phase transition。我又找了个田野的生态学家对应这个理论的应用，我们发现可能是不同的生存场景有不同的信号+感知方式。这个认识可以用来理解很多录像数据。

你在科研外怎么使用过创造力和自主力？

我一直在学着做草根的物质生态设计（我还没找到个好名字）。

我在进入大学时，原本假设自己想要专注于纯粹的物理理论和技术研究。但经过四年的学习，我最大的发现是：我更倾向于在学术界、产业界对自然的认知，以及社区层面、全球视野下对自然的多元知识与实践之间寻找平衡。我曾与不同的项目学习：在Anita Brocoli农场研究废物循环，在黑莓岭工地处理塑料和木材资源，在Ala Wai运河研究水质过滤。这些经历都围绕着一个核心：人造材料结构如何与环境相处。每个项目都包含工程、设计和问题评估等多个层面。相比我之前在群体绘画和知识管理系统方面的探索，这些项目更加实在和具体。

转变始于疫情期间，我的邻居和房东试图种所有他们生活所需的蔬菜水果。到了柏林，我又通过当地的老师了解到永续农业是一种研究当地自然并相应设计生活方式的方法。学术界和理论研究往往忽视了这种地方性的尺度。我看到复杂系统等科学的缺口是非西方知识的多元文化传承，实践者的洞见和关于季节更替的历史智慧。他们往往能够超越或至少媲美那些尚未在当地深深扎根的普适性科学原理。这些认识让我明白，我想要在学术界和社区都有学习对象。

他们要我展示自己的创造力。我觉得一些骄傲的回忆包括：测试鱼缸活性炭对运河臭水的净化作用，每天跑去观察疏浚过程。垃圾地图的视觉呈现上，展示了废弃物的存在状态、相互关系、频率、来源和去向。克服语言障碍和工作方式差异，与农场建立研究合作关系的过程中。面对自己和山林的疾病时依然坚持。他们要我展示自己的毅力。我觉得这不是我的强项，我得到的东西也不都处于自己的努力，但有些时刻我确实面对挑战了：对当地场所的投入上，努力（trying）不是仅仅停留在抽象概念层面。致力于（trying）寻找连接全球不同地点的共同模式上。

讲点具体故事吧！大学期间，我通过两种途径体验了学术与社区合作：生态社区设计和学习基础设施开发。我的生态社区经验（仿生学、Anita Broccoli、Blackberry Ridge）和学习基础设施经验（Gensler）不仅带来了宝贵的人际关系和新的研究问题，还让我获得了社区合作技能，例如需求评估和基于科学的原型设计。对于只追求严谨研究的行业实验室物理学家，这些当地和lowtech的项目其实充满了仿生学和自组织原则的丰富现实。

我参与社区工作的动机源于在夏威夷欧胡岛的Mālama ʻĀina——一个公民科学和土地管理网络中的早期经历。当我从中国移民到夏威夷时，曾为适应新环境和文化而挣扎。与Mālama ʻĀina一起在Ala Wai流域种植本地芦苇、清理垃圾的经历让我在岛上感到归属感。使用简易传感器追踪暴风雨后的溪流微生物含量是我首次接触到科学研究。参与为使用传统技术导航并拜访全球原住民的波利尼西亚独木舟Hōkūleʻa举行的文化仪式，进一步坚定了我在多元知识社区间团结合作的信念。居住在美国、德国、阿根廷和韩国等全球城市，我参与了社区项目，以理解生态和社会韧性方面的挑战，并将这些见解融入到我的研究中。我对公民科学和土地管理的承诺深厚，他们拥有社会力量，而我则提供设计能力。

例如，我发现仿生设计是一种可以与社区共同开展科学研究的途径。在大一时，我了解到仿生学是研究和应用自然原则以满足人类需求。疫情期间回到夏威夷时，我注意到Ala Wai运河在不断清除垃圾，以应对陈旧污水过滤系统的污水排放。我招募同学参加全球仿生设计挑战赛，尝试一种科学驱动的适应方案。我们研究了四个月的天然水过滤系统，发现拥有微生物沉积层的湿地是应对热带风暴季节流量变化的良好模型。我采集水样并测试远程团队设计的过滤装置。我们向社区利益相关者展示了模块化过滤器方案，他们强调了在将科学发现转化为设计决策时进行现场观察实际限制的重要性。我设想未来的基础设施将更加符合生物兼容性，这可能包括使用实验室设备设计的可编程细胞，但我更希望发展经济型技术，让人们可以进行模块化基础设施设计，同时这些经济型的设施也能适应自然的自适应系统。我的创造力在于研究胶体与细菌的协同作用，并结合计算机辅助设计和工程测试。

为了理解不同地理区域的社区可持续性实践差异，我在第二个夏天到Vermont的离网生态建筑工地Blackberry Ridge工作。作为第一批管理者，我共同举办了七次周末工作坊，向不同背景的参与者教授可持续建筑技术，如太阳能小屋和堆肥厕所的建造。在建造排水系统时，城市建筑的老练参与者们表示很难控制池塘周围的PVC塑料残渣。什么样的协议可以减轻污染，当我们从城市环境转移到森林环境时？在资源稀缺的偏远地点，如何在限制条件下工作？

我带着这些问题进入了在布宜诺斯艾利斯的最后一年，设计和教授可持续建筑材料与生物材料课程，并希望向实践者学习。我联系了Anita Broccoli，一个始于人行道游击园艺的城市农场集体。在克服语言和文化障碍后，我与自然和社会科学领域的团队成员共同领导，参加了与农场领导的协调会议。当地组织者Carlos请求我们处理垃圾对土壤的影响问题。我们进行了参与性观察，绘制了停车场中垃圾分布的地图，该停车场已改造成开放的食堂和花园。根据社区反馈，我们设计了一个垃圾循环利用装置，并将垃圾分解循环的地图绘制成了食堂墙上的壁画。受到Carlos最喜欢的罗斯福名言“做你能做的，用你拥有的，在你所在的地方”的启发，我学到了在不依赖既定理论的情况下满足社区需求的巧妙方式。我的创造力体现在材料科学上——塑料无法现场回收——因此我们将其再利用和循环利用。我的承诺在于“生物物理学”的本地创新，它们未来可以成为社区实验室。

支持个人学习和研究的基础设施是我的另一条分支。基于我的完全在线学习体验，我观察到像可汗学院这样的平台如何使STEM教育更加普及，尤其是对于没有先进实验室或专家教师的学生。然而，在线学生缺乏课堂和校园这样的物理环境来适应其独特的学习需求。我在旧金山的Gensler建筑公司实习，以更好地理解这种需求。我使用数据科学技能设计并分析了超过100份调查，以发现在线学习者成功所需的物理空间。我们确定了两种学习者类型：需要明确生活与学习区分的学生，以及需要在同一房间内得到同伴正面激励的学生。我们将发现和设计建议编入报告提交给Gensler。疫情迫使大多数学校转为线上时，我们将研究方法转化为工具包，以供其他学生社区评估和设计其学习需求。我的创造力体现在使用技术技能（数据科学）来评估人类，而不是细胞。我致力于使复杂系统的学习与研究对每个人都可访问和富有表现力，就像对我自己一样。

（好吧，这个部分我读的有点自吹的尴尬）

未来，我可以想象继续在在线基础设施和社区外展领域工作。例如，举办建模工作坊和开源平台，以降低对生物物理模型的使用或参与门槛。生物物理模型在凝聚体调控上对生态社区具有应用价值，例如作物开花和水体微生物生长。然而，复杂的编码和理论限制了STEM教育和推广中对这些建模工具的访问。我计划与Malama Aina公民科学网络的Dr. Yvonne Chan合作，支持夏威夷欧胡岛的K-12公立学校学生（全国排名第49位）。目前学生使用测序工具记录本土微生物，但他们需要更直观的建模界面来解释这些数据。对于技术界面的实施，我咨询了华盛顿大学的Dr. Matt Akamatsu，他的Biosimulator平台将已发布的模型转化为小型、互动的组件，视觉上更易于理解和修改。我们计划从试点工作坊开始，让学生使用Biosimulator界面，结合他们的测序数据模拟凝聚体的形成与功能。一个小组项目可以推测微生物信号如何影响传统夏威夷微生物食品生产。长期外展成功的一个衡量标准是将这些工作坊转变为Biosimulator研究人员和公民科学网络之间的结构化奖学金。