跟著動物學發明

大自然不僅為人類提供了生存必須的資源，有的時候還是向人類傳授設計靈感的超級設計師和發明家。

蒼蠅的複眼結構啟發了人類，使人類發明了一次能拍攝1000多張高清晰照片的蠅眼照相機。防水自潔產品，來自於蓮葉效應，這些蓮葉表面具有微米級的突起細胞，細胞上又覆蓋著一層納米級的蠟狀結晶，這些結構使得蓮葉具有疏水性，出淤泥而不染。事實上，人們取材於生物的結構與功能的發明還有更多。

子彈頭列車與翠鳥

1964年，在東京奧運會開幕前，日本推出了世界第一列子彈頭列車，這是當時最快的列車之一，時速能達到210千米，當時歐洲火車的最快速度為每小時160千米，子彈頭列車的成功運行，重新推動了世界各國修建高速鐵路的興趣。所以，今天高速鐵路系統如此發達，還得感謝日本當年的這一發明。

然而，最初由於這輛列車發出的巨大噪音遠超環境標準，招致大量日本居民投訴。當時車頭是圓形的子彈頭形狀，當列車高速駛進狹窄的隧道後，車頭周圍的空氣會「推擠」前方的空氣，從而形成壓力波。在火車駛出隧道的那一刻，壓力波會撞擊出口外的空氣，發出一聲巨大的轟鳴聲，在隧道400米開外的地方都能聽到這種噪音。

根據日本法律，居住用途區域附近的噪音不能超過75分貝，如果解決不了子彈頭列車產生的噪音問題，列車只能在經過居民區時減速行駛，這顯然非常不方便。然而，怎麼解決呢？一種解決方案是改進隧道，但這項工程十分浩大，成本過於高昂。那麼只有一種方法：改進車頭。

當時設計子彈頭列車的工程師也是鳥類觀察員，他想到了翠鳥。翠鳥捕魚時，會從阻力較小的空氣中沖入阻力較大的水中，也會經歷阻力的急劇變化，卻只濺起很小的水花。奧秘就在於翠鳥擁有一個流線形的長長尖喙，越靠近臉部，喙越寬，這樣水流可以順暢地向後流動。

借鑒翠鳥喙的形狀，研究者們重新設計了車頭，並於1997年投入使用。實踐證明，改進過的列車車速比起原有設計提升了10%，而電力消耗降低了15%，噪音水平也達到了75分貝的標準。

像魚群一樣「行駛」

在中國的高速路上，車速超過每小時100千米時，同車道的車就得保持100米以上的距離，而低於這一車速時，最小間距要保持在50米以上。然而，在大海中，高速行進的魚群，可不需要這樣。魚兒們彼此挨得非常近，還會模仿周圍魚的動作，保持集體同步運動，它們怎麼就不擔心撞車呢？

這是因為魚能憑藉長測線器管察覺出周圍水壓的微小變化。這種線型的感測器非常靈敏，能夠將環境變化信息，迅速傳遞到中樞神經系統，使魚迅速反應。魚的這項高超本領啟發了日本科學家們，他們發明了叫做EPORO的機器人。

EPORO機器人用激光和無線電波測量彼此的距離，同時分享彼此之間的位置信息，能在近距離的高速行進過程中，不與其他機器人、環境中的障礙物發生碰撞，非常靈活。在未來，這項技術還有一個更大的用途——自動駕駛汽車。

全球每年死於交通事故的人數是130萬，除了造成人員傷亡外，道路養護成本、保險索賠和應急救助服務還會花費數十億美元，大多數交通事故是由於駕駛人操作不當所引起的。假如將EPORO機器人的這種技術運用到無人駕駛汽車上，紅綠燈和路標將沒有存在的必要，而交通事故和交通擁堵發生的概率也都將大大降低。

鯨魚的鰭能「發電」

美國生物學家克·費什在波士頓的一家禮品店中，看到了一座座頭鯨雕塑，讓這位生物學家吃驚的是座頭鯨雕塑的胸鰭。胸鰭是魚鰭的一種，是魚的游泳器官，相當於高等脊椎動物的前肢。大部分鯨魚和其他鯨目動物的鰭肢，前緣都是平滑的，這種結構更符合空氣動力學設計，因為物體表面越光滑，粒子摩擦會越小，越好通過。

然而，座頭鯨的胸鰭卻非常不同，其胸鰭長度達到6米，相當於身體長度的三分之一，在行進過程中發揮著至關重要的作用。在座頭鯨的胸鰭上長著一些叫做結節的特殊凸塊，並不光滑，這是為什麼呢？

研究者通過反覆測試，發現座頭鯨凹凸不平的胸鰭其實可以有效減小阻力，幫助水分子快速通過。原因就在於魚鰭前緣的結節創造了低壓區域，導致水或者空氣流過這個低壓區域時，形成許多小漩渦，這種小漩渦既能減小阻力，也能給座頭鯨提供更多浮力。

受此啟發，研究者們發明了鯨魚鰭葉片，運用於風力發動機。現在，雖然風力渦旋機遍布世界，為人類提供源源不斷的風能，但問題也不少。首先其生產效率並不高，而且還會製造噪音污染，鳥類也會成為旋轉葉片的受害者。而新型的風力渦輪機，渦旋葉片被改造成像座頭鯨胸鰭一樣隆起的結構，既能增加氣流的流動效率，又能在強大的氣流中更好地保持穩定性，減少噪音污染。

現在，費什還建造了一個「鯨魚動力」工廠，正運用這個原理製造效能更高的船用方向舵、水輪機和直升機的旋翼。

蝴蝶啟發了電子閱讀

電子閱讀器改變了大家的閱讀方式。這些設備電力持久，存儲量大，方便攜帶，人們不需要去圖書館，就能閱讀海量書籍。然而，目前為止，大多數的電子閱讀器還需要內嵌LCD燈發光，屏幕文字色彩單調，而且在耀眼的陽光下，往往沒法閱讀。

不過，現在這些問題已經迎刃而解。高通推出了一款顯示屏，它不僅可以讓你在陽光下閱讀顯示屏，並且屏幕色彩繽紛，能夠充分還原畫面的顏色。而研究者們的靈感來源正是蝴蝶。

我們知道蝴蝶的翅膀往往顏色絢爛，但這並不是因為它們翅膀上有色素，而是來自「結構色」。蝴蝶的翅膀鱗片中隱藏著一組納米級的板狀結構組合，這些板狀結構互相之間嚴格按照一定間距有序排列，能改變光的波長，反射出不同顏色的光。高通這款顯示屏的顯示技術與蝴蝶翅膀上的鱗片結構相同，有兩片相距非常近的反射薄膜，中間有很小的空隙。當光線入射後，兩片薄膜間的反射會隨著空隙大小不同，對不同波長的光線產生干涉。最後，只有特定波長的光才能被反射出，被人眼看到。比如，距離遠的兩片薄膜會產生紅色，近一點會產生綠色，再遠一點會產生藍色，更近的話會是紫外線，對人眼來說是黑色。

由於能反射自然光，高通這款顯示屏屏幕不僅顏色絢麗，而且不需要經常充電，能將液晶屏佔整體設備耗電的比例從50%以上降為僅有6%左右。

壁虎的腳與膠粘劑

1968年，在美國3M公司工作的工程師史賓塞·席佛試圖研發一種強力粘劑，最終他發明了一種粘性非常弱的粘合劑，這種粘合劑能重複粘貼，還不會留下痕迹。隨後，另一位3M公司的工程師將這種粘合劑與紙條結合，第一個便利貼誕生。

然而，自此之後，粘合劑的技術並沒有根本性的進步，如何將兩件物品長久地黏在一起，對於人類來說依舊是個難以解答的謎題。不過，壁虎顯然不會為這件事頭疼，它們輕鬆地飛檐走壁，即便物體表面多麼光滑，它們也能牢牢黏住。而奧秘就在於它們的腳底有幾百萬根次納米級的細毛，能操縱負電子和正質子之間的引力，利用分子間作用力粘貼在物體表面。所以壁虎不用用力抓物體表面，並且腳一挪開，就能去除粘性。

現在，工程師們利用類似的工作原理，發明了一個可控的粘合劑。這個粘合劑由垂直排列的微小納米管組成，末端還有無數彎曲交織在一起的纖維，能起到與壁虎剛毛相似的功能。其粘附性甚至超越了壁虎的腳，每平方厘米達到100牛頓，是壁虎足部粘性強度的10倍之多，而且也能輕易地從物體表面去除，能夠重複使用。

現在這一技術主要用於小型零部件的粘貼，可以在沒有人在場的情況下，實現由機器人進行的全自動化拼接，工廠將能因此降低成本。

在未來，還會有更多的類似發明，比如反重力靴子，能使人們像蜘蛛俠一樣飛檐走壁。

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