师法大自然:启发科技的仿生学应用


师法大自然:启发科技的仿生学应用



大自然并不是完美的,而是一直在演化和适应 。 无论是动物还是植物,在漫长的演化过程中,其有益的部分会保留下来,无用的部分则被丢弃或退化,以适应地球上不断变化的环境 。 通过不断地修修补补,大自然找到了许多独特的设计方案,从大象的长鼻子到仙人掌的棘刺,甚至白蚁丘在设计上也能让凉爽空气流通进出,为这些小昆虫提供一个舒适的家 。
因此,世界上最聪明的设计师和工程师都在师法自然,众多人工技术都建立在自然的设计之上 。 在生物学中,有一个领域便是研究如何模仿自然界的各种生存策略,促进发明和发展人类的科学技术 。 该领域便是仿生学,字面意义即“生物模拟” 。
下面,我们就来了解人类从大自然中学到的一些技巧,看看不同生物都有哪些优雅的生存策略 。
风力涡轮机和鲸鳍
座头鲸是一种体型庞大、蔚为壮观的生物 。 它们的身体如同校车大小,重量可达40吨 。 但就是这样的庞然大物,在游泳方面却异常灵活 。 座头鲸划水时展现的敏捷性和精确性,堪称在工程学上天赋异禀 。 科学家研究发现,它们能做到这一点,主要原因是鲸鳍上遍布着凸起的结节 。
当座头鲸在海洋中游泳时,水会流过这些结节,形成许多很小的漩涡,这种“结节效应”能够为座头鲸提供更多浮力,也可以减少水的阻力,使其游得更快 。 座头鲸又名大翅鲸,其鳍肢长度可达体长的三分之一,因此降低水阻力非常重要 。 受此启发,人类设计出了更加稳定的飞机、风车和潜艇 。 其中比较令人惊奇的是,一位名叫弗兰克·菲什的博士发现了这些结节的有益效应,后来便创办了“Whalepower”公司,生产更高效的具有类似凸起的风力涡轮机叶片 。
植物气孔与透气的运动服装面料
在锻炼的时候,人们都喜欢穿着由透气材质制成的运动服,以防止捂汗 。 设计此类运动服的Stomatex公司新开发了一种很有意思的材料,融入了类似植物气孔的结构 。 正如植物气孔负责植物体内的气体交换一样,这种织物上的气孔也能更好地通风,更具有透气性 。
当我们的汗液蒸发时,气体分子会从这些气孔中逸出,为凉爽干燥的空气进入创造空间 。 这项技术可以让我们的皮肤远离汗水,并在很长一段时间内保持更舒适的皮肤温度 。
当然,这并不是大自然第一次参与到人类的时尚中 。 Speedo公司开发了一款被俗称为“鲨鱼皮”的高科技泳衣“Fastskin” 。 该泳衣具有类似鲨鱼皮肤上的鳞片状结构,有助于在游泳时减少摩擦,并模仿鲨鱼游动时的流体动力学 。 这件衣服的一个问题是它真的太紧了!游泳者穿上它大约需要20分钟,有时需要剪开才能把它取下来 。
【师法大自然:启发科技的仿生学应用】尼龙搭扣是由“维克罗”(Velcro,又叫“维可牢”)公司发明的一种常见的纤维紧固物,常用在衣服和钱包上,通常由两条薄薄的织物组成 。 一条织物上覆有钩状结构,另一条则覆有环状结构,当两条织物用力压紧时,钩与环的结合就会形成暂时紧固的状态 。 据说发明者乔治·德·梅斯特拉是在注意到植物种子可以钩住狗毛之后,受到启发,才设计出了这种材料 。 现在,尼龙搭扣大量应用于户外用品,如背包、帐篷、运动服饰、运动鞋等,即使在严峻的环境中,依然能保持强劲的拉力 。 甚至在1968年的阿波罗登月任务中,阿姆斯特朗和奥尔德林带上月球的套装、样品收集袋和月球车等也都使用了尼龙搭扣 。
翠鸟和子弹头列车

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