靈感源於自然的十大創新技術
歷經三十五億年的深入「研發」，大自然「發明」出了各式各樣應對不利條件的巧妙解決方案，譬如通過粘性來抵抗引力，或利用糖分從長達一個世紀的脫水環境中倖存下來。有時候，生命系統甚至直接賦予人類科學家和工程師們以靈感，啟發他們研發出了各種新技術。
作者Cathal O"Connell*
翻譯Lineker
校對李娟
1
牛蒡種子與維可牢
維可牢的掃描電鏡圖片展現了它與牛蒡鉤刺的相似性。圖片來源：Science Photo Library
1941年，瑞士電氣工程師喬治·德·梅斯特拉爾（George de Mestral）從阿爾卑斯山打獵歸來後，發現自己的衣服以及獵犬的皮毛上都粘上了牛蒡毛刺。這種粘附在路過的生物身上的機制，是牛蒡遠距離散播種子的方式。
梅斯特拉爾將毛刺放在顯微鏡下進行觀察，發現正是一些簡單的鉤子結構，讓毛刺粘附在自己的襪子和獵犬皮毛上。這賦予了他靈感。梅斯特拉爾用各種材料的鉤子和圓環進行了無數次試驗，十年之後，終於獲得了一種新織物搭扣的專利，這種織物搭扣就是我們現在所知的維可牢（編註：即日常生活中最常見的尼龍搭扣）。
牛蒡利用微小的鉤型結構提高了種子的散播範圍，這種結構在維可牢上也能看得到。圖片來源：wiki.
2
壁虎足與攀爬技術
斑絨壁虎的足部結構激發了一系列技術方案的問世，這些方案解決了垂直面的吸附難題。圖片來源：Henry Cook/Getty Images
壁虎抗地心引力的抓握秘訣在於腳趾上成排的微小剛毛。這些剛毛可以依靠粘性的范德華力依附在任何錶面，范德華力只在微觀尺度上發揮作用。
這種吸附方式的優勢在於可逆地強力抓握，而且不需要使用任何粘合劑。近年來，工程師們已經成功地使用硅膠模擬出類似的剛毛結構，從而推動了各式各樣壁虎皮膚模擬技術的出現。
在這些技術中，有一項小發明頗為值得一提，它讓人類可以在陡峭的玻璃牆壁上攀爬，也可以使機器人推動自身重量數百倍的物體，或者讓機械手在太空中從事修復工作。
在這幅展現美國宇航局技術的藝術家幻想圖中，受壁虎啟發而發明的LEMUR機器人正緊貼在空間站的外壁上。圖片來源：美國宇航局/ JPL-CALTECH
一種被稱之為LEMUR的未來機器人就帶有類似於壁虎足部的結構，它可以檢查和維修國際空間站上的設施。
3
鯨鰭與渦輪葉片
座頭鯨鰭上的隆起結構賦予了其異乎尋常的敏捷性，它用在風力渦輪機上也能產生類似的效果。圖片來源：Getty Images
在波士頓的一家禮品店中，生物學家弗蘭克·費什（Frank Fish）注意到一尊座頭鯨雕塑的鰭周圍有隆起，他以為是藝術家犯的一個錯誤。這些隆起不是出現在鰭的後沿，而是順著前沿延伸。不過事實證明，這位藝術家的觀察是正確的。這排疣狀脊線可以產生幫助鰭在水中划動的微小漩渦，同時也解釋了座頭鯨在水中令人驚奇的敏捷性。
在研究了這種「結節效應」之後，費什發現為渦輪葉片增加成排的隆起結構會降低拖曳和噪音，並提高其效率。鯨不僅啟發了渦輪葉片新構型的設計，生產這種渦輪葉片的位於加拿大的企業也因此命名為鯨能公司（Whalepower Corporation）。
風力渦輪葉片上呈鋸齒狀的邊緣，這種結構的創意源自座頭鯨。圖片來源：Whalepower Corporation
4
鯊魚皮與減阻塗層
丹尼斯·康納（Dennis Conner）的美洲杯帆船星條旗號參加了2002年的奧克蘭挑戰賽。船體上的「鯊魚皮」塗層使其佔盡了優勢。圖片來源：Nick Wilson/Getty Images
受到鯊魚皮膚上微小鱗片的啟發，美國宇航局科學家發明了一種船用減阻塗層。此項技術幫助星條旗號（Stars and Stripes）贏得了1987年美洲杯帆船賽的冠軍。
這種塗層的減阻效果是如此成功，以致於比賽主辦方認為它屬於不公平的優勢，並一度禁止運用這項技術，但後來又撤銷了這一決議。
塗層上的這些鱗片也會處於不斷的運動狀態，這樣可以阻止微生物粘附在船體上，同時減少對於防污處理劑的依賴性。
5
翠鳥與子彈頭列車
翠鳥潛入水中卻不濺起水花，子彈頭列車在設計上參考了其鳥喙的構型。圖片來源：Getty Images
由於車頭前方積聚的氣壓，高速列車在穿過隧道時會產生巨大的轟鳴聲。
上世紀九十年代，日本工程師中津英治（Eiji Nakatsu）發現翠鳥能夠高速潛入水中，卻不濺起水花。於是他仿照翠鳥喙設計出了新幹線子彈頭列車，這種設計不僅降低了火車的噪音，而且更加符合空氣動力學原理，在降低能耗的同時還能提升車速。
日本中央鐵路的新幹線子彈頭列車抵達東京站，其車頭的形狀很像翠鳥的喙。圖片來源：Tomohiro Ohsumi/Getty Images
6
楓樹種子與無人機
打轉飛行的楓樹種子啟迪了一種新式無人機的設計。圖片來源：Getty Images
憑藉類似轉子的設計，楓樹種子會打著轉兒從空中掉落——通過旋轉產生的升力使得它們能夠飛行至距離楓樹更遠的地方。
洛克希德·馬丁公司採納這種設計，研製出了一款名為Samarai的單旋翼無人機。這款設計簡單的無人機僅有兩個活動部件，因此可以輕易地予以小型化。
美國國防部高級研究計劃局（DARPA）已經承擔了上述小型化任務，他們希望生產出能夠被用於在狹小空間里進行偵查的無人機。
7
多足機器人
在荒野山坡不平坦的地面或火星的崎嶇地貌上，「腿」能夠「走」到輪子去不了的地方。基於對自然造物和獵豹身體結構的研究，美國國防部高級研究計劃局發明了一系列的四足機器人，它們可以在戰場上飛奔著運送補給。
與此同時，美國宇航局也在開發一種名為ATHLETE的六足機器人。ATHLETE每條腿的末端都有一個輪子，當地形便利時，它可以滾動行進。如果行走過程中遇到障礙，它就可以收起輪子，靈活地抬腿跨過障礙。
8
蜂巢思維網格
蜂巢智慧正在幫助我們改進跨電網的用電方式。圖片來源：Getty Images
無需接到任何指令，蜂巢里的蜜蜂本能地知道有哪些工作需要做並付諸行動——這源於它們身處蜂巢的位置和周圍其他蜜蜂正在做的事。
美國雷根能源公司（Regen Energy）就採用了這種「群邏輯」，來改進電力網路的效率。他們並沒有使用可重新定向電力負荷的中央系統，而是採納了可相互進行無線通訊的本地控制器系統，能自主判斷電能需要被輸往的目的地。
9
「糖衣」疫苗
緩步類的水熊蟲能夠在惡劣條件下生存多年，這種能力啟迪了一種新穎的活疫苗保存技術的誕生。圖片來源：Eye Of Science/Getty Images
緩步類動物是一種生活在水中且生命力極強的八足微小生物。當處於缺水的環境中，它們會脫水，但與此同時，它們也進化出了可在缺水一百多年之後奇蹟復活的神奇能力——通過將體內的分子如DNA和蛋白質包裹在一種糖內來實現。
舊金山Biomatrica公司和英格蘭Nova Laboratories等多家生物技術公司，都採用了類似的技術來保存活疫苗，而無需冷凍。這些疫苗通過「緊縮包裝」技術被保存在一層透明的糖膜中，它們可在非冷凍條件下持續六個月有效。
10
白蟻與建築
哈拉雷東門中心有著精巧的煙囪冷卻系統，其設計靈感源自白蟻的土丘巢穴。圖片來源：東門中心
非洲白天的氣溫可高達40℃，夜晚又會降至2℃以下。為了讓土丘巢穴保持在相對恆定的溫度，非洲白蟻進化出了精巧的築巢本領：通過在頂部和側面開鑿出一連串的通風孔，為自己的土丘打造出了被動冷卻系統，風可以將地下巢穴的熱空氣通過通風孔帶出建築體。白蟻們甚至還會依靠打開或關閉通道來控制氣流。
建築師米克·皮爾斯（Mick Pearce）在設計東門中心（Eastgate Centre）時就採用了類似的策略，東門中心是一棟位於辛巴威首都哈拉雷的辦公綜合建築。借鑒白蟻的解決方案，熱空氣可從建築物頂端成排的煙囪中排出，而較冷的空氣則被導向地下。整棟建築沒有使用空調就能保持涼爽，相比同等規模的傳統建築，它只需要使用十分之一的電能。
肯亞馬賽馬拉野生動物保護區中的一處白蟻土丘正沐浴在夕照之中。圖片來源：Dan Kitwood/Getty Images
*作者Cathal O"Connell是一位住在墨爾本的科學作家。
https://cosmosmagazine.com/technology/10-technologies-inspired-nature
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