年度 10 佳科学图像、视频和可视化作品

注意：美国国家科学基金会现正接受 2018 年 Vizzies 的参赛作品。您有令人惊叹的科学概念可视化作品吗？提交您的项目吧！

我们都非常清楚解释科学有多难。描述概念、理论、过程和现象需要用到很多词汇——即使经过仔细考虑，这些词汇也可能不够。这就是为什么《大众科学》在过去三年中与美国国家科学基金会联手表彰最好的科学可视化作品。

作为今年 Vizzies 的一部分，我们重点展示了一幅复杂的大脑神经元插图和一幅蜂鸟舌头的视觉解释图。我们庆祝了一本美国手语词典和一张饥饿的海星幼虫如何移动周围水的照片。

我们如何挑选出最好的作品？美国国家科学基金会选出的专家根据作品的影响力、使复杂主题更容易理解的能力以及原创性对数百个作品进行了评判。这个专家小组将名单缩减到 50 个入围者——10 个插图、10 个交互式设计、10 张照片、10 张海报和图形以及 10 个视频。这 50 个可视化作品将接受公众评审。最终结果：每个类别各有一名专家选择奖得主和一名大众选择奖得主。

以下是我们的获奖者：

“饥饿的海星”本质上是加州的产品。斯坦福大学物理学博士生威廉·吉尔平 (William Gilpin) 发现学校在太平洋上的海洋村开设课程。于是他和同事们出发了，准备离开实验室休息一下。他们最终发现的结果让他们大吃一惊：海星用数百只复杂的管状脚移动，而且它们似乎还能控制周围的水。

当他们回到实验室时，发现很少有人研究过海星如何移动周围的水，所以他们开始自己寻找答案并绘制出答案。“饥饿的海星”本质上是一张精心制作的延时照片，拍摄时海星形成的所有漩涡都被拍摄下来，并组合成一张令人惊讶的精美图像，展现海星的超能力。这些漩涡不仅仅是为了好玩：它们是用来轻轻地将藻类拉进海星幼虫的小嘴里的。

软体机器人（完全由柔软的材料制成）即将占据主导地位。从理论上讲，它们比金属机械体更安全、更耐用，但科学家还没有找到让机器人的每个部分都变得柔软的实用方法。Octobot 朝着正确的方向迈出了一步（或八步）：它完全是柔软的，由化学反应驱动，将液体和气体推入其肢体。

哈佛大学的研究人员在设计这款机器人时，经常使用荧光染料来更好地展示其复杂的内部工作原理。“对我们来说，这些染料总是让 3D 打印的 Octobots 如此美丽，我们认为它们会成为一张很棒的照片，”研究联合负责人、应用物理学博士生 Ryan Truby 说。“我们希望我们的照片能够吸引学术界和对机器人感兴趣的更广泛受众的想象力，并激发人们对未来像 Octobot 这样的完全软体机器人的愿景。”

宾夕法尼亚大学神经科学家、研究团队负责人格雷格·邓恩 (Greg Dunn) 表示，他们利用“基本上数十个甚至数百个”科学来源的数据来创建这个复杂的大脑图像。

他们结合手绘、光学工程、镀金（蚀刻成金的过程）以及其他艺术和技术工艺，创作出这幅描绘了大约 50 万个神经元努力工作的图画。该团队写道，这“提醒我们，宇宙中最不可思议的机器”就在我们每个人体内。

《自我反思》在费城富兰克林研究所展出，目的是促使观众思考从大脑内部观察大脑的精细图像会是什么样子。除了这张从侧面观察的完整大脑图像外，邓恩的团队还制作了各种其他具有不同焦点和分辨率的作品。

RCSB 蛋白质数据库每月都会分享一个“本月分子”。寨卡病毒荣幸地成为 2016 年 5 月的特色图片。

放大的插图展示了感染因子的地形图。它不仅显示了包裹病毒的包膜，还显示了病毒内部的 RNA（黄色），它使病毒能够复制。当这幅图首次发表时，科学家们已经知道这种病毒近 70 年了，但对这种疾病的了解却有限。“由于最近该病毒在全球许多国家传播，以及它与出生缺陷和罕见神经系统疾病的联系，对寨卡病毒的研究具有了新的意义，”插图画家当时写道。

当 Shane Loeffler 意识到他在明尼苏达大学地球科学专业的本科学习为他提供了独特而有趣的飞行视角时，他开始开发他的应用程序 Flyover Country。

“我当时正在飞越圣拉斐尔隆起，”他说，“我可以往下看，我曾在那里用锤子敲打那些岩石，现在我在上面，阅读维基百科文章[关于下面的特征]。”该应用程序使用 GPS 信号向人们展示他们下方的地形，以及特殊特征，例如恐龙化石嵌入土壤的地点。Loeffler 正在与一个小团队合作进一步开发该应用程序，他说它还可以用于增强徒步旅行和露营、公路旅行和其他更多地面活动。

美国手语是一种与其他语言一样的语言，但它无法像传统英语词典那样轻松组织起来。波士顿大学教育学院聋人研究讲师娜奥米·卡塞利 (Naomi Caselli) 表示，这一障碍和其他障碍使得聋哑儿童的父母很难帮助他们学习语言。

Caselli 和她的团队决定收集所有可用的 ASL 数据，并以一种新的方式进行组织。ASL-LEX 根据相似的手势形状或动作将 1,000 个手势分组。此外，这些小节点的大小是根据它们的常用用法确定的，因此像“书”这样的词比“城堡”这样的词更容易找到。它已经帮助听力老师和家长与聋哑儿童交流，Caselli 表示研究人员正在努力确保这一趋势持续下去。

埃莉诺·卢茨并不是一名天文学家——她正在华盛顿大学攻读生物学博士学位——但她喜欢仔细研究 NASA 公开的数据。这就是她想到绘制火星地图的原因——带有维多利亚时代的特色。“与其他行星地图不同，这幅地图采用了受中世纪制图师启发的维多利亚风格，”卢茨说。“维多利亚风格的地图来自大多数世界仍是一个谜的时代，旅行者只知道附近的土地。现在人们已经绘制了整个地球的地图，我认为火星已经占据了我们的集体想象，成为下一个值得探索的谜团。我想让火星的地理环境对公众更加切实可行。”

最难的部分是什么？核实每个特征的名称。“由于地图上的所有内容都是专有名词，所以我必须仔细检查并手动确保每个地标名称和名称来源拼写正确。”

当 Esther Ng 开始设想蜂鸟的舌头时，她并不知道她的工作会带她走向何方。当时，没有人真正知道蜂鸟的舌头是什么样子，尽管关于这种小鸟的微泵送能力的新发现风靡一时。

“它太小了，”伊利诺伊大学专注于科学和医学插画的学生 Esther 说道。“即使有视频，也很难捕捉到它。”为了解决这个问题，她去了芝加哥菲尔德博物馆。“他们让我借了 [这只鸟] 放在显微镜下观察，拔出舌头并画下来，”她说。它和她想象的完全不一样，但正是这些惊喜让她的工作如此令人愉快。

视频：专家之选

数据可视化专家 Mauro Martino 谈到气候变化时说：“情况非常悲惨。”事实上，这太可悲了，Martino 补充道，在许多研究人员身上“你可以闻到悲伤的味道”。这是有道理的：他们已经将自己几十年的人生和职业生涯奉献给了研究灾难和即将到来的厄运。但 IBM 认知可视化实验室的创始人兼主任 Martino 努力将他们的数据转化为更乐观、更直观的故事，让人们愿意观看并与朋友分享。

在《网络地球》中，马蒂诺和他的团队制作了一部影片，展示了地球上所有生命之间的相互联系。这部影片是为了配合《自然》杂志发表的一篇关于地球复原力的研究论文而制作的。马蒂诺说，虽然这篇论文是理论性的，但这部影片的目的是表明“数学可以以诗意的方式通过视觉表达出来”，并让世界各地的观众感受到真实和有形。