因此,世界上最聰明的設計師和工程師都在師法自然,眾多人工技術都建立在自然的設計之上。在生物學中,有一個領域便是研究如何模仿自然界的各種生存策略,促進發明和發展人類的科學技術。該領域便是仿生學,字面意義即“生物模擬”。

下面,我們就來瞭解人類從大自然中學到的一些技巧,看看不同生物都有哪些優雅的生存策略。

風力渦輪機和鯨鰭

座頭鯨是一種體型龐大、蔚為壯觀的生物。它們的身體如同校車大小,重量可達40噸。但就是這樣的龐然大物,在遊泳方面卻異常靈活。座頭鯨劃水時展現的敏捷性和精確性,堪稱在工程學上天賦異稟。科學傢研究發現,它們能做到這一點,主要原因是鯨鰭上遍佈著凸起的結節。

座頭鯨的鰭肢上有明顯凸起的結節

座頭鯨的鰭肢上有明顯凸起的結節

當座頭鯨在海洋中遊泳時,水會流過這些結節,形成許多很小的漩渦,這種“結節效應”能夠為座頭鯨提供更多浮力,也可以減少水的阻力,使其遊得更快。座頭鯨又名大翅鯨,其鰭肢長度可達體長的三分之一,因此降低水阻力非常重要。受此啟發,人類設計出瞭更加穩定的飛機、風車和潛艇。其中比較令人驚奇的是,一位名叫弗蘭克·菲什的博士發現瞭這些結節的有益效應,後來便創辦瞭“Whalepower”公司,生產更高效的具有類似凸起的風力渦輪機葉片。

植物氣孔與透氣的運動服裝面料

在鍛煉的時候,人們都喜歡穿著由透氣材質制成的運動服,以防止捂汗。設計此類運動服的Stomatex公司新開發瞭一種很有意思的材料,融入瞭類似植物氣孔的結構。正如植物氣孔負責植物體內的氣體交換一樣,這種織物上的氣孔也能更好地通風,更具有透氣性。

氣孔存在於植物葉子和莖的表層

氣孔存在於植物葉子和莖的表層

當我們的汗液蒸發時,氣體分子會從這些氣孔中逸出,為涼爽幹燥的空氣進入創造空間。這項技術可以讓我們的皮膚遠離汗水,並在很長一段時間內保持更舒適的皮膚溫度。

當然,這並不是大自然第一次參與到人類的時尚中。Speedo公司開發瞭一款被俗稱為“鯊魚皮”的高科技泳衣“Fastskin”。該泳衣具有類似鯊魚皮膚上的鱗片狀結構,有助於在遊泳時減少摩擦,並模仿鯊魚遊動時的流體動力學。這件衣服的一個問題是它真的太緊瞭!遊泳者穿上它大約需要20分鐘,有時需要剪開才能把它取下來。

氣孔的近距離圖像

氣孔的近距離圖像

尼龍搭扣是由“維克羅”(Velcro,又叫“維可牢”)公司發明的一種常見的纖維緊固物,常用在衣服和錢包上,通常由兩條薄薄的織物組成。一條織物上覆有鉤狀結構,另一條則覆有環狀結構,當兩條織物用力壓緊時,鉤與環的結合就會形成暫時緊固的狀態。據說發明者喬治·德·梅斯特拉是在註意到植物種子可以鉤住狗毛之後,受到啟發,才設計出瞭這種材料。現在,尼龍搭扣大量應用於戶外用品,如背包、帳篷、運動服飾、運動鞋等,即使在嚴峻的環境中,依然能保持強勁的拉力。甚至在1968年的阿波羅登月任務中,阿姆斯特朗和奧爾德林帶上月球的套裝、樣品收集袋和月球車等也都使用瞭尼龍搭扣。

翠鳥和子彈頭列車

日本的子彈頭列車以其速度和設計性而聞名,但一開始並不是這樣的。這些列車的最初設計會產生震耳欲聾的轟鳴聲,當它以驚人的300公裡時速疾馳而過時,周圍的居民和野生動物不勝其擾。

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子彈頭列車較尖的一端是模仿翠鳥喙的結構

解決方案令人意想不到,那就是翠鳥的喙。參與設計列車的一位工程師,同時也是狂熱的觀鳥愛好者,有一次看到翠鳥躍入水中的情景,發現濺起的水花很小。翠鳥之所以能做到如此完美的跳水動作,是因為它相對較大的頭部和較窄的喙。受到鳥喙的空氣動力學形狀的啟發,工程師們決定將其應用到列車的設計中。於是就有瞭車頭尖尖的子彈頭列車,能以極快的速度(每小時300公裡)行駛,同時空氣阻力極小,不會產生噪音。

壁虎的腳

在產品設計中,有一項技術被稱為“從生物到設計”。具體方法是,首先發現一個技術問題,然後在自然界中尋找解決這一問題的方案。一旦找到瞭解決方法,科學傢和工程師們就會嘗試進行人工復制。美國國傢航空航天局(NASA)的太空機器人就是一個很好的例子。

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壁虎具有黏性的四肢使它能在墻壁上平穩爬行

這些機器人的腳上有一種特殊材料,上面具有微小的纖毛。借助這種材料,機器人在外太空進行維修時就能夠穩穩地附著在飛船外表面。這項發明來自對壁虎的觀察,眾所周知,壁虎可以在墻壁上行走自如,其秘密就在於其腳趾上近10億條微小的纖毛。

蚊子口器與註射針頭

蚊子絕對是人們最討厭的一類動物!這些致病的吸血昆蟲能將口器平滑地刺入我們的皮膚,吸出血液,並且常常在我們意識到之前就吸飽瞭。蚊子的口器其實並不隻是一根尖銳的“針管”,而是由6個部分組成。我們很少感到蚊子“咬”我們,這是最妙的部分。它們的口器有兩個細長尖銳的上顎和兩個鋸齒狀的下顎,是刺入皮膚的主要工具,可以在皮肉間自由地彎曲遊走,尋找合適的毛細血管。

蚊子鋸齒狀的上顎能輕易地刺穿皮膚

在一項研究中,科學傢演示瞭一種特制註射針的使用方法。這種針類似蚊子的口器,由幾根像下顎一樣鋸齒狀的微針組合而成,能更加容易地刺入皮膚。這些侵入性較低的針頭帶來的疼痛感也更低,可以用於給藥或作為糖尿病患者的常規註射針頭。

結語

仿生學已經在人類生活中發揮瞭極其重要的作用。38億年來,地球生命為瞭適應環境,演化出瞭無數的精巧設計。這一切都是為瞭以最少的努力和資源來獲得最大的回報。

然而,重要的是明白一點:大自然是有耐心的,這些結果並不是強迫而來的。如果人類能找到更多的方法模仿大自然的行為,我們可能就不會有資源短缺和污染的問題。例如,盡管研究者投入瞭很多精力來開發可用於人工授粉的機器蜜蜂,但它們仍然無法媲美真正的蜜蜂。

仿生專傢丹尼斯·德盧卡表示,人們應該把自然看作是靈感的來源,而不是原材料的來源。對產品設計師和工程師來說,大自然最大的啟示應該是其可持續的環保設計。大自然母親可能不完美,但她確實造就瞭許多聰明和優雅的方式,幫助我們以沒有資源浪費和污染的方式繼續生活下去。(任天)

Source: m.cnbeta.com