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W在我五岁左右的时候，我和父母以及姐姐住在纽约州北部白雪皑皑的地方。 那是 1980 年代，有一天我坐在我最喜欢的大长方形午餐盒前，午餐盒正面装饰着布偶的照片。 这个有我大量的蜡笔收藏——长的、短的、粗的、细的，各种颜色都有。 像大多数孩子一样，我一直很好奇，我想“发现”我的蜡笔里面有什么。 所以我撕下包裹它们的纸，然后一次一个地把它们靠在打开的盒子的锋利边缘上，然后把它们折成两半。 好吧，我发现里面只有更多的蜡笔，这让我非常期待。 尽管如此，我还是坚持了下来。
当我稍大一点开始用铅笔在纸上写字时，我会在卷笔刀里扭动它们，看看在我的床单上做标记的灰色杆子是否一直穿过它的身体。 它做了。 从那时起，我开始使用钢笔——与我童年时期令人失望的蜡笔不同，钢笔和圆珠笔的内部装有细长的墨盒和螺旋弹簧，顶部用螺纹连接在一起，像螺丝一样，连接到钢笔的其余部分笔。
我在印度长大，看到我的电视机被拆开，露出令人难以置信的内部结构，只有当我获得物理学学位时，这才有意义。 事实上，我选择学习物理的原因是因为我想了解我们宇宙的组成部分。
在我学年快结束时，我对原子和粒子物理学着迷，被这样的想法所吸引，即曾经被认为不可分割的原子本身后来被发现是由电子、质子和中子组成的——而这些，在之后轮到他们登上“物质基本组成部分”的讲台时，被夸克所取代。 不管我当时是否理解，我都肩负着理解事物运作方式的使命。
这个探索开始了， 实际上，从事工程职业。 我在 Shard 设计团队工作了六年。 在我的职业中缺乏女性和有色人种，以及我对工作的热情，我在世界各地做了数百次关于工程的演讲，这导致我出版了两本关于标志性结构及其建造方式的书。
在我的写作中探索了大事之后，我决定转向小事。 无论是构成我们的宇宙、生物还是我们发明的人造物体的物质，复杂的成分都是由更小、更简单的东西组成的。
在我们周围的所有人造事物中，都有基本的构件，没有它们，我们的复杂机器就不会存在。 乍一看，它们似乎无趣。 通常很小，有时甚至是隐藏的事实是，这些元素中的每一个都是一项非凡的工程壮举，其引人入胜的故事可以追溯到数百年甚至数千年前。
正是这个想法启发了我的书，我在书中选择了我认为构成现代世界基础的七个元素——钉子、轮子、弹簧、磁铁、透镜、泵和绳子。 它们共同涵盖了广泛的创新，包括其潜在的科学原理、所涉及的工程领域以及所实现的对象的规模。 它们也是设计的奇迹，经历了许多不同的迭代和形式，并继续这样做。 随着它们的发展，以不同的方式结合，我们可以制造的机器的复杂性在发明和创新的级联蝴蝶效应中升级。 这些物品中的每一个都触动了我们——当然，它们创造并改变了我们的技术，但也对我们的历史、社会、政治和权力结构、生物学、通讯、交通、艺术和文化产生了深远的影响。
我在 2020 年第一次锁定期间选择了这七个对象。 被困在家里，我让自己的思想自由漫游，环顾四周，在精神上（或有时在身体上）解构它们，看看里面有什么。 我重新审视了圆珠笔，看到了一个弹簧、一个螺丝和一个旋转的球体。 我用来给宝宝做食物的搅拌机依赖于齿轮，而没有轮子就不可能存在。 在那之前，当我母乳喂养时，吸奶器也让我丈夫可以喂养我们的女儿。 我经历的 IVF 过程依靠镜头来观察细胞尺度的事物。 我们在短途步行时佩戴的保护医护人员安全的防护口罩，是由无数纤维捻在一起制成的织物制成的。 我手机上的扬声器依靠磁铁，我可以通过它听到家人和朋友的声音。
即使当我想到更大更复杂的物体——挖掘机、摩天大楼、工厂、隧道、电网、汽车、卫星等等——时，我还是一次又一次地回到同样的七项基础创新。 我们把东西连在一起：钉子。 我们需要旋转或旋转的东西：轮子。 我们需要能够储存它的能量和技术：当然是电池，但更重要的是，弹簧。 磁力（和电）使我们能够从远处操纵事物； 镜头让我们可以玩光的路径。 绳子为我们提供了一种既坚固又灵活的材料。 为了输送水并维持我们的生命，我们设计了水泵。
这七项工程中的每一项的发明或发现都涉及一个失败和迭代的过程：有需要，然后尝试不同的材料、形状和形式，直到成功为止。 举个例子，建筑物、桥梁、工厂、拖拉机、汽车、电话、锁、手表和洗衣机——事实上，大多数需要金属片相互连接的东西——都有钉子、螺丝、铆钉和螺栓来保持他们在一起。 钉子最初用于将木块连接在一起——以制造更坚固的船舶和家具。 后来，螺钉大大提高了钉子的固定力，尽管制造起来要困难得多。 然后，当可以廉价地制造薄金属板时，钉子和螺钉都不适合，铆钉应运而生。 在工程师发明螺栓之前，烹饪容器中的小铆钉被更大更坚固的铆钉取代，以连接金属飞机、船舶和桥梁，螺栓是铆钉和螺钉的组合，更坚固也更容易安装。 最高的摩天大楼、最长的桥梁和最深的隧道都由这种螺栓保持稳定和坚固。
然而，所有这些演变并不意味着原始指甲已经过时。 事实上，钉子及其多种变体都与螺钉、铆钉和螺栓并行使用，每一种都用于最适合的用途。 这就是设计变化的方式：有时我们在发明新材料或工艺之前使用相同的技术几个世纪，或者意识到我们需要调整现有技术以适应。 其他时候，情况恰恰相反：我们发明了一种新技术，例如强度极高的凯夫拉尔纤维，然后找到它的用途——在这种情况下，就是防弹背心。 其中一些发明是在全球不同地区独立开发的，设计非常相似，例如轮子，但其他发明（例如泵）看起来却大不相同。 因此，这些发明诞生了，然后以它们自己的方式发生了变化和发展，通常会产生意想不到的应用和远远超出其最初目的的影响。
虽然我们认为工程是一个充满无生命物体和复杂技术的领域，它们常常让人感觉陌生或超出我们的理解，但工程的核心是人——创造它的人，需要和使用它的人，有时不经意地为之做出贡献。
当我想到绳子时，我会想到特拉华州的女裁缝，她们观看了登月，担心尼尔·阿姆斯特朗 (Neil Armstrong) 的衬料固定。 磁性构成了殖民地电报系统的基础，该系统由一位通过双手传递电流的医生设计。 一位伊斯兰学者终于弄清楚了我们如何看待并彻底改变了我们对光学物理学的理解，这比牛顿成名早了几个世纪。
因此，工程学是科学、设计和历史的交汇点。 它关乎人类的需求和创造力，关乎发现问题并以前所未有的方式创造解决方案。 这是关于努力让我们的生活更美好，但要知道，相反地，如果不负责任地使用我们的发明，可能会对社会产生毁灭性的影响。 从根本上说，它与日常生活和人类有着千丝万缕的联系。 环顾四周，针对所见提出问题：重燃儿时的好奇心。 希望这会激发您研究日益复杂的工程世界，并更好地理解我们世界的基石。
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