從搖籃到搖籃，創新並不遙遠
1940年，伐木工人從木蠹蟲啃咬木頭的動作中受到啟發，設計出一種改良版鏈鋸
廣東科學中心自中國台灣科教館引進的「仿生」科學展，將從8月1日一直持續至11月2日。開展前一天，台灣科教館的策展人林怡萱小姐接受了羊城晚報記者的採訪。在她看來，本次展覽以「仿生」為題，其實也是一次典型的STEM教育（科學、技術、工程、數學教育的總稱）——即從科學學科角度去認識世界、解釋自然界的客觀規律；以數學為基礎工具，從技術和工程學角度，在尊重自然規律的基礎上去嘗試改造世界，實現對自然界的控制和利用，解決社會發展過程中遇到的難題。
展出的五個部分中的三個主要部分——「從動物來的靈感」「由植物來的啟發」「從自然環境找解答」，均緊跟時代「創新」潮流，帶領大家去展開對大自然的全新角度的探索。
「仿生」科學展開啟智慧的靈感
文/圖 羊城晚報記者 易芝娜「仿生」是來自大自然的智慧
A 象鼻沒有骨骼卻一樣可以拿取重物，主要是肌肉的收縮在發揮作用
仿生科技的「先驅」當數達·芬奇，他一生中留下的許多珍貴手稿中，有不少就是他細心觀察大自然得到啟發而發明的新物件。而當代國際知名仿生學家珍妮·班亞斯這樣去定義仿生學：「每一種生物都是頂尖的工程師、設計師。它們也是人類最好的老師。仿生學其實就是被大自然啟發的創新。仿生學的未來就是幫助我們去揭開一個『永續』世界的奧秘。而生命的核心價值應該就是建立一個『永續』的世界——向大自然學習，不僅可以使我們生活的這個世界更美好、富饒，還可以將我們的悔恨與懊惱值降到最低。」
班亞斯列舉了一些典型案例來說明大自然的智慧是無窮的。
比如黃石公園裡生長在熱泉旁邊的植物和微生物，它們比其他優越環境中的生物更懂得「節能」、「節水」。最近人們發現，這裡的酸性熱泉中有一類全新微生物，在高溫、深水環境中，只需要極低含量的氧氣支持就可以生存。這一發現可能為人類探索火星提供高溫生物學方面的啟示。
比如蝴蝶和孔雀身上的「結構色」。它們並不是通過色素來呈現的，而是通過羽毛或鱗片上一種層狀結構去反射光線，因而呈現出不同的亮麗色澤，根本無需化學反應。
比如擅長「自潔」的蓮葉，它們表層存在一層納米大小的突出結構，不僅不會沾濕水，也不會吸附塵埃，人類正是模仿它發明了不用洗的永潔布料。
還有鯊魚的皮膚。因為上面覆有許多齒狀突起的鱗片，又稱「盾鱗」，當鯊魚高速游泳時，這種特殊形狀的鱗片可以減少阻力。此外，雖然長期生活在水中，但鯊魚的皮膚上從來不會有藻類、藤壺等生物附著。美國佛羅里達大學的布倫南博士由此研發了鯊魚皮貼膜技術，不僅可以用於游泳衣，讓使用者阻力變得更小，游得更快，還可以用在鞋底防滑。這種結構甚至可以運用到醫院裡的椅子扶手、開關等地方，大大地減少細菌的黏附與傳播。
人類相比其他生物，既跑不快，也跳不高，更不會飛，但人類懂得觀察、學習和模仿，所以才能成為「萬物之靈」，達到更快、更遠、更穩固的境界。仿生學並不是僅僅去複製大自然，而是充分地辨識、分析、了解並應用大自然的解決方案，來改善、彌補或挽救人類所面臨的種種問題。這些正是所謂「來自大自然的智慧」。
B「從搖籃到搖籃」的循環概念
策展人林小姐提醒我們留意一個很有趣的自然現象：自然界的循環沒有浪費。
她指出，如果我們懂得如何跟大自然學習，就會懂得如何用「系統觀」來解決問題。比如展覽中提到如何向熱帶雨林及人體循環系統學習，設計出理想的灌溉系統；如何向草原生態系統學習設計理想的農耕模式，等等。
展覽中「從自然環境找解答」部分，提到了幾個全球各地正在實施的計劃。比如莫比烏斯計劃，它是一個將輸入與輸出相連接，形成一種封閉的循環關係的計劃，主要包括食物生產、能源生產、水處理三種循環。荷蘭阿姆斯特丹的一家餐廳正在實踐這個計劃。他們利用一個溫室中的無氧消化器，去處理可生物分解的廢棄物，將其轉變成餐廳運作所需的熱能和電力；一個廢水處理系統則利用植物、微生物將各種廢水變成乾淨的水；用廚餘垃圾來堆肥養蠕蟲，再拿蟲餵魚，魚鮮則供應餐廳使用；同時餐廳的咖啡渣還可以作為蘑菇培養土，蘑菇也可供應給餐廳——於是整個餐廳的食物、能源、水、廢棄物都可以進入這個循環，充分利用起來。
撒哈拉沙漠計劃也相當神奇。它結合了「太陽能」和「海水溫室效應」兩種技術，可在恢復沿海沙漠的綠化中發揮作用。在一個海水溫室里，收集海風吹過時帶來的部分汽化的海水，冷凝後利用太陽能設備將其轉化為淡水，這個過程一來可以降溫，二來可以給一些不太需水的植物提供生長所需。實驗中，人們發現這個過程中並沒有消耗額外的能量——都來自於大自然——但產生的淡水，不僅足夠提供溫室內的植物生長，還有多餘的來滋潤周遭的土地，一年後就使這個溫室附近的貧瘠土地恢復生機，開始有了綠色植被。
這裡面就有一個叫「從搖籃到搖籃」的循環概念。這個概念最早是在2002年由美國作家威廉·麥克唐納與德國作家邁克爾·布朗嘉特共同著作的《從搖籃到搖籃：循環經濟設計之探索》中提出的。這兩位一名是建築師，另一名是化學家，他們從自己的專業實踐出發，通過為讀者描述櫻桃的生長模式，闡述了他們重新設計的可持續發展模式的循環。
荷蘭現在正在用這個設計概念擬建一個「2020園區」。在這個緊鄰史基浦機場、佔地面積60萬平方英尺的園區里，計劃興建包括商鋪、會議中心、飯店等許多日常生活設施。整個園區會採用一種叫「建材銀行」的創新商業模式，所有的建築物都使用可回收的建材，並採用容易拆除、可回收的模式。這裡不賣實體的「房子」，只賣「服務」——建築商和營造商都不用去「採購」建材，而是付給建材供應商「建材使用費」，等建築因使用期滿、「壽命」結束而拆除時，僅由供應商回收建材再利用。同樣的，居住在這裡的人也無需買房子，只要付租金，就可安享無憂，所有的維修、以舊換新，都由建材商來處理。這裡將是全世界第一個循環經濟的商業生態系統。
C 高科技的發明促進了仿生學的發展
林小姐稱，正是科學技術的發展，才更促進了仿生學的發展。比如電子顯微鏡的發明，讓人們可以更清晰地看到物體的結構，了解到更多細節，於是又有了跟以往不同角度的「仿生學」概念。
在智能機器人方面用到的仿生概念，我們就在改變傳統的設計思路。比如我們抓取物體不一定再設計成人手的樣子，而是去參考大象的鼻子。生物學的發展，讓我們了解到象鼻是由15萬條肌肉束構成，並沒有任何骨頭或軟骨構造，但它一樣能輕鬆地抓取重物；象鼻末端有豐富的微血管和敏感的神經，像人的手指般具備觸感，更有類似雷達的功能，可偵測外界環境記號並傳回大腦。於是，德國飛斯妥公司與歐洲最大科學應用研究機構共同開發了一款仿生機械手臂，就能像象鼻一樣自由彎曲、取東西，既輕巧又靈活，準確性還相當高。
此外，美國史丹佛大學醫學院的研究人員在研究大象的叫聲時也發現，大象的叫聲是通過兩種不同的傳播介體傳播的，它們會發出兩種聲音，一種通過大氣傳送，一種就像地震波一樣，通過地面傳送。而通過地面傳送的甚至可以傳遞至兩倍距離遠。而且大象跺腳產生的震波能傳到32公里外，因此它們可以更有效地彼此溝通。這項研究也可能促成助聽器設計上的突破。
還有，美國東北大學海洋科學中心研發出的一款模仿龍蝦形態的機器龍蝦，有八條腿可以向任意方向移動，爪子和尾巴可以保持身體的穩定，還有能感知障礙物的觸鬚，它就像真蝦一樣靈活，可以適應沿海地區的海底勘測，比如發現礦藏、搜尋淺海水雷等。
現代仿生學給我們帶來的啟示，早已涵蓋生物、材料、工程、醫學、機械、農業等各種領域。德國賓士汽車研發中心從箱魨魚身上找到靈感，設計出一款開關像箱子的概念汽車；學習降噪高手——翠鳥和貓頭鷹，日本一名鐵路工程師仲津英治設計出應用於500系新幹線的列車車頭，不僅降噪，也提高了燃料使用效率；日本關西大學研究人員模仿蚊子吻部，研發出一種很小的鋸齒狀、硅膠材質的針，直徑只有十分之一毫米，能大大降低打針時的疼痛感，造福需長期注射的病患；日本帝人纖維公司的研究人員研究了南美洲摩爾福蝶鱗片、孔雀和藍鳥羽毛，研發出「藍默纖維」，利用纖維結構與光線來創造「自然色彩」的服飾；美國高通公司也根據蝴蝶色彩原理，設計出可持續作用又不耗能的背光源——米拉索顯示器技術，已應用於智能手機、平板計算機等，它不像傳統屏幕接觸強光會變黯淡，反而到室外會更增強亮度，而且這種屏幕本身不發光，可省下90%的電力……
我們應該還可以期待更多來自大自然的啟示，因為正如珍妮·班亞斯所說：「答案就在我們身邊。」創新也並不遙遠。
（易芝娜）
