北京時間 12 月 15 日消息，大自然并不是完美的，而是一直在演化和適應。無論是動物還是植物，在漫長的演化過程中，其有益的部分會保留下來，無用的部分則被丟棄或退化，以適應地球上不斷變化的環(huán)境。
通過不斷地修修補補，大自然找到了許多獨特的設計方案，從大象的長鼻子到仙人掌的棘刺，甚至白蟻丘在設計上也能讓涼爽空氣流通進出，為這些小昆蟲提供一個舒適的家。
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(fā)明和發(fā)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，我們就來了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(yōu)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，在游泳方面卻異常靈活。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。科學家研究發(fā)現，它們能做到這一點，主要原因是鯨鰭上遍布著凸起的結節(jié)。
大自然是最好的老師：論啟發(fā)科技的仿生學應用
座頭鯨的鰭肢上有明顯凸起的結節(jié)
當座頭鯨在海洋中游泳時，水會流過這些結節(jié)，形成許多很小的漩渦，這種 “結節(jié)效應”能夠為座頭鯨提供更多浮力，也可以減少水的阻力，使其游得更快。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(fā)，人類設計出了更加穩(wěn)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(fā)現了這些結節(jié)的有益效應，后來便創(chuàng)辦了 “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(fā)了一種很有意思的材料，融入了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。
大自然是最好的老師：論啟發(fā)科技的仿生學應用
氣孔存在于植物葉子和莖的表層
當我們的汗液蒸發(fā)時，氣體分子會從這些氣孔中逸出，為涼爽干燥的空氣進入創(chuàng)造空間。這項技術可以讓我們的皮膚遠離汗水，并在很長一段時間內保持更舒適的皮膚溫度。
當然，這并不是大自然第一次參與到人類的時尚中。Speedo 公司開發(fā)了一款被俗稱為 “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，有助于在游泳時減少摩擦，并模仿鯊魚游動時的流體動力學。這件衣服的一個問題是它真的太緊了!游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。
尼龍搭扣是由 “維克羅”(Velcro，又叫 “維可牢”)公司發(fā)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(huán)狀結構，當兩條織物用力壓緊時，鉤與環(huán)的結合就會形成暫時緊固的狀態(tài)。據說發(fā)明者喬治 · 德 · 梅斯特拉是在注意到植物種子可以鉤住狗毛之后，受到啟發(fā)，才設計出了這種材料?，F在，尼龍搭扣大量應用于戶外用品，如背包、帳篷、運動服飾、運動鞋等，即使在嚴峻的環(huán)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了尼龍搭扣。
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，但一開始并不是這樣的。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 公里時速疾馳而過時，周圍的居民和野生動物不勝其擾。
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(fā)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(fā)，工程師們決定將其應用到列車的設計中。于是就有了車頭尖尖的子彈頭列車，能以極快的速度(每小時 300 公里)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(fā)現一個技術問題，然后在自然界中尋找解決這一問題的方案。一旦找到了解決方法，科學家和工程師們就會嘗試進行人工復制。美國國家航空航天局(NASA)的太空機器人就是一個很好的例子。
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(wěn)穩(wěn)地附著在飛船外表面。這項發(fā)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，其秘密就在于其腳趾上近 10 億條微小的纖毛。
蚊子口器與注射針頭
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，并且常常在我們意識到之前就吸飽了。蚊子的口器其實并不只是一根尖銳的 “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游走，尋找合適的毛細血管。
在一項研究中，科學家演示了一種特制注射針的使用方法。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，可以用于給藥或作為糖尿病患者的常規(guī)注射針頭。
結語
仿生學已經在人類生活中發(fā)揮了極其重要的作用。38 億年來，地球生命為了適應環(huán)境，演化出了無數的精巧設計。這一切都是為了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，這些結果并不是強迫而來的。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，盡管研究者投入了很多精力來開發(fā)可用于人工授粉的機器蜜蜂，但它們仍然無法媲美真正的蜜蜂。
仿生專家丹尼斯 · 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(xù)的環(huán)保設計。大自然母親可能不完美，但她確實造就了許多聰明和優(yōu)雅的方式，幫助我們以沒有資源浪費和污染的方式繼續(xù)生活下去。
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