時至今日，越來越多的現代人渴求賞心悅目的休閑生活，于是對森林情有獨鐘，喜歡到這種樸素無華的 “綠色”環境里得到充分的休息和美的享受。然而去年冬天，13歲的美國男孩艾登•德威爾冒著嚴寒到卡茨基爾山徒步旅行時，在森林中注意到樹枝丫杈的布局。他靈光一現，確信這種布局可以用“斐波那契數列”解釋，有可能揭開一個科學之謎，導致太陽能電池板設計的重大突破。
早在13世紀，意大利數學家斐波那契就發現，把一個數，將它添加到之前，像1 +1 = 2，則2 +1 = 3，則3 +2 = 5，則5+3=8，則8+5=13，則13+8=21 ，則21+13=34……這一數字系列中，任何一個數字與后一個數字的比都接近0.618，而且越往后的數字，就越接近。這就是著名的“斐波那耶級數”，而0.618這個神奇的數字，則被稱為“黃金比率”。古希臘美學家柏拉圖將其譽為“黃金分割率”，有趣的是，人們用它可以解釋許多現象，諸如黃金分割、兔子繁殖。它還可以在植物葉、枝、莖的排列中得到體現。
① 樹木用黃金分割率0.618來劃分360°的圓周，所得角度約等于222.5°。任意兩相鄰的樹枝都沿著這兩個角度伸展，確保占有最多的空間，獲取最多的陽光。
“黃金比率”與大自然結下了不解之緣，植物和動物都和它有著驚人的聯系。的確，在樹木、綠葉、紅花、碩果中，都能遇上“黃金比率”。斐波那契曾研究過“一對兔子每月可生一對小兔，而一對小兔生下一月后便有生殖力，問一年后共可繁殖多少對小兔”這一問題，曾得到1、2、3、……12月后的小兔分別為1、2、3、5、8、13、21、34 、55、89、144、233、377對，這377對即為一年后小兔的對數。前述數列（還可接著寫，未寫完）稱為“菲氏數列”，又稱F數列。可以看出，每相鄰兩項之比，越向后越接近0.618，當項數無限增加時，相鄰兩項之比為黃金數。如果在“黃金”矩形內靠著三邊作一個正方形，則剩下的那部分又是一個“黃金”矩形，可依次再作正方形。把這些正方形的中心按順序連結，可以得到一條“黃金螺線”。在海洋鸚鵡螺、有甲殼的軟體動物、一些動物角質體上，都先后發現了這種與眾不同的“黃金螺線”。數學家澤林斯基在一次國際數學年會上指出，樹的年分枝數目就是F數列，即枝數的增長遵循前述小兔增長的規律。
時至今日，越來越多的現代人渴求賞心悅目的休閑生活，于是對森林情有獨鐘，喜歡到這種樸素無華的 “綠色”環境里得到充分的休息和美的享受。然而去年冬天，13歲的美國男孩艾登•德威爾冒著嚴寒到卡茨基爾山徒步旅行時，在森林中注意到樹枝丫杈的布局。他靈光一現，確信這種布局可以用“斐波那契數列”解釋，有可能揭開一個科學之謎，導致太陽能電池板設計的重大突破。
早在13世紀，意大利數學家斐波那契就發現，把一個數，將它添加到之前，像1 +1 = 2，則2 +1 = 3，則3 +2 = 5，則5+3=8，則8+5=13，則13+8=21 ，則21+13=34……這一數字系列中，任何一個數字與后一個數字的比都接近0.618，而且越往后的數字，就越接近。這就是著名的“斐波那耶級數”，而0.618這個神奇的數字，則被稱為“黃金比率”。古希臘美學家柏拉圖將其譽為“黃金分割率”，有趣的是，人們用它可以解釋許多現象，諸如黃金分割、兔子繁殖。它還可以在植物葉、枝、莖的排列中得到體現。
① 樹木用黃金分割率0.618來劃分360°的圓周，所得角度約等于222.5°。任意兩相鄰的樹枝都沿著這兩個角度伸展，確保占有最多的空間，獲取最多的陽光。
“黃金比率”與大自然結下了不解之緣，植物和動物都和它有著驚人的聯系。的確，在樹木、綠葉、紅花、碩果中，都能遇上“黃金比率”。斐波那契曾研究過“一對兔子每月可生一對小兔，而一對小兔生下一月后便有生殖力，問一年后共可繁殖多少對小兔”這一問題，曾得到1、2、3、……12月后的小兔分別為1、2、3、5、8、13、21、34 、55、89、144、233、377對，這377對即為一年后小兔的對數。前述數列（還可接著寫，未寫完）稱為“菲氏數列”，又稱F數列。可以看出，每相鄰兩項之比，越向后越接近0.618，當項數無限增加時，相鄰兩項之比為黃金數。如果在“黃金”矩形內靠著三邊作一個正方形，則剩下的那部分又是一個“黃金”矩形，可依次再作正方形。把這些正方形的中心按順序連結，可以得到一條“黃金螺線”。在海洋鸚鵡螺、有甲殼的軟體動物、一些動物角質體上，都先后發現了這種與眾不同的“黃金螺線”。數學家澤林斯基在一次國際數學年會上指出，樹的年分枝數目就是F數列，即枝數的增長遵循前述小兔增長的規律。
德威爾通過測量驚訝地發現，許多植物萌生的葉片、枝杈或花瓣都有這樣一個有趣的現象：它們用黃金分割率0.618來劃分360°的圓周，所得角度約等于222.5°。而在整個圓周內，與222.5°角相對應的外角就是137.5°，所以137.5°角是圓的黃金分割角，也叫黃金角。由于任意兩相鄰的葉片、枝杈或花瓣都沿著這兩個角度伸展，因此盡管它們不斷輪生，卻互不重疊，確保了光合作用。像車前草、薊草、一些蔬菜的葉子、玫瑰花瓣等，以莖為中心，繞著它螺旋形地盤旋生長，兩葉間的弧度為137.5°。投照這種排列模式，葉子可以占有最多的空間，獲取最多的陽光，承受最多的雨水
德威爾從中深受啟發，認為樹枝丫杈的布局一定與光合作用的效率有關。為了探求其中的道理，驗證“斐波那契數列”是否能派上用場，他開動腦筋，設計了一項頗有創意的實驗。德威爾首先用自己設計的圓柱雙量角器工具，確定橡樹樹枝和樹葉構成的螺旋軌跡與樹干之間的相對關系，在讓計算機程序復制這種模式的基礎上，用PVC管建造了一棵按“斐波那契數列”排列的橡樹形太陽能電池樹；隨后建起一個常用的平板模式排列的太陽能光伏電池板，以45度角安裝在屋頂；為了觀察和比較按橡樹分叉排列的太陽能電池板與傳統的屋頂電池板陣列在捕獲陽光能力的差異，分別在兩個裝置接上了監視電壓的數據記錄器。
在獲獎的論文中，德威爾介紹了實驗的設計和研究結果：與傳統的平板模式排列的太陽能光伏電池板相比，按“斐波那契數列”排列的橡樹形太陽能電池樹的表現更優秀，不需要做任何的偏角調整，每天的有效光照時間延長2.5小時，產生的電力多20%。特別是在12月份，當時太陽處在天空中的最低點，無論是收集太陽光的時間還是產生的電力，太陽能電池樹都要比太陽能光伏電池板高出50%。
②艾登•德威爾發明了一種太陽能電池樹，能產生多出太陽能光伏電池板20～50%的電能。
德威爾解釋說，由于樹枝按“斐波那契模式”分布，用“黃金分割率”調整了光伏電池特定的間隔和高度，因此使得部分分支在收集陽光時不會阻擋太陽光射到其他的分支。因為光伏電池不是用平板模式排列，形狀很像一棵樹，所以更加好看。更重要的是，這種樹形結構比平板模式更節省空間，并不完全朝南，更適合在城市使用，因為在擁擠的城市中更難找到空間和直射的陽光。
這項研究獲得美國的臨時專利，引起極大反響。德威爾的研究結果之所以令人印象深刻，在于他模擬樹木分支，科學排列太陽能電池，大大地提高了能量成生。專家認為，在大多數13歲的孩子把空閑時間花在玩視頻游戲或瀏覽Facebook等網站時，德威爾卻以自己的設計贏得了2011年美國自然歷史博物館的年輕博物學家獎。他對大自然的欣賞和敬仰得到大家的認可，實屬難能可貴。這是技術領域一種罕見的發現，也是仿生學可以如何極大改善設計的精彩例子。
③德威爾運用“斐波納契數列”設計了一個小型太陽能光伏電池陣，以“黃金分割率”調整光伏電池特定的間隔和高度。
④德威爾模擬樹木分支，科學排列太陽能電池，大大地提高了能量成生。