http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-08-27
新浪科技讯 北京时间8月24日消息，对于设计中的优雅和高效，自然界永远是我们学习的对象。和我们现有的技术相比，大自然在解决一些关键问题时采用的方法常常比我们的更高效，更长久，可自我维持并且一般也更加可靠，更加敏捷，更加轻便。
工程师们希望从大自然的鬼斧神工中寻找启示，于是仿生学应运而生。这门学科拥有悠久的历史，至少在15世纪时就已经出现，当时达芬奇曾解剖鸟类，试图以此为蓝本设计一种“飞行机器”。以下列举一些得益于自然界启示的工程应用实例：
1、翠鸟和新干线
翠鸟和新干线
日本的工程师们成功地制造出了新一代新干线列车，其运行时速超过320公里，但是当列车高速行驶时其产生的噪音超过了环境标准，这是由于列车高速通过狭窄的车道时将产生音爆效应。
这一问题的一部分原因是列车的车头是子弹型，因此它会“推挤”前方的空气而非“切穿”过去。为了解决这个问题，工程师们从翠鸟的嘴巴上得到了灵感，这种鸟类在冲向水中捕鱼时只会溅起很少的水花。
观察发现，翠鸟拥有一个流线形的长长鸟嘴，其直径逐渐增加，以便让水流顺畅向后流动。通过仿生学设计，工程师们对子弹车头进行重新改造，西日本铁路公司制造出了500系列列车，并于1997年投入使用。实践证明这种列车的车速比起原有设计提升了10%，而电力消耗降低了15%，而噪音水平也有了显著下降。
2、和树木一样强健
和树木一样强健
树木和骨骼都拥有相对较轻却高强度的特征。为了使应力均匀分布，树木会在最重要的受力点增加重量，而骨骼会在不需要的地方去除不必要的物质以便减轻整体重量。工程师们从树木和骨骼的结构中得到启发，将灵感运用到软件设计中，以便实现减重并增加材料表现水平。
梅赛德斯公司推出的一款概念车设计采用了轻质骨架，便是从树木和骨骼结构中得到了灵感。尽管这款名为“Bionic”的低排量汽车从未投入大批量生产，但是该公司确实将这些理念运用到了之后的多款量产型汽车设计中。
3、可弯折、可自我修复的混凝土
可弯折，可自我修复的混凝土
我们的身体如果受伤出血，我们可能需要护创膏，但那已经算是比较严重的划伤了。我们体内的血液循环系统会迅速反应，修复创口。
美国密歇根大学的科学家们从这一点得到灵感 ，设计出了能自我修复划痕的混凝土。他们采用特殊的微纤维，而不是传统使用的粗糙砂石来用于水泥的加固。加入了微纤维的混凝土即便在弯折的情况下也只会出现头发丝粗细的细微裂缝，而不是破坏性的大裂缝。并且更妙的是，一旦出现裂口，其丰富的纤维便会从周遭空气中吸收水汽，从而使“创口”变得柔软，并逐渐“愈合”，修复裂隙。与此同时，水泥中的钙离子也会从空气中吸收水汽和二氧化碳，生成碳酸钙，这是贝壳的化学成分。经过这样一些列自发的修复和再加固过程，弯折后的混凝土结构牢固如初。
尽管现在这种具备自我修复功能的混凝土价格相当于普通混凝土的3倍，但是从建筑寿命和安全性的长远考虑，仍然是一种更加经济的选择。
4、像鲨鱼那样对抗细菌
像鲨鱼那样对抗细菌
很多鲸类和海牛的身上会长出藻类甚至藤壶，但是不知道你注意过没有，鲨鱼的身上却从来不会出现这种情况。这似乎得益于鲨鱼身上一种被称为“盾鳞”的结构。这是一种软骨鱼类特有的，与牙齿结构近似，由表皮和真皮共同形成的鳞片，这也是鲨鱼的皮肤摸上去非常粗糙的原因。
科学家们根据鲨鱼皮肤的构造启发，设计了一种被称为“鲨鱼”的表面工程设计。这种表面结构本身不需借助任何其他手段，其本身便可以阻止细菌在其表面生长。一家名为“鲨鱼技术”的公司已经将应用这种仿生技术的贴膜销售给许多需要防菌的用户，并生产了一些有意义的新型产品，如不会被细菌感染的导尿管等等。
5、自动水流收集系统
自动水流收集系统
这是一只澳洲刺蜥，它能通过自己身体表面进行自动集水。当夜晚温度下降时，露水会在它身上聚集并通过毛细作用自动流向它的嘴里。
如果我们能设计出类似这种高效的被动集水系统，它将帮助全球数百万饮水困难的民众脱离困境。
6、像蚊子那样扎针
像蚊子那样扎针
不管过后有多么其痒难耐，你会发现蚊子在咬人时你是不怎么疼的。蚊子的口器接触人体的方式可以使它触发尽可能少的皮肤神经，从而减少疼痛反应。
在对这一现象进行的渗入研究中，日本关西大学的工程师们制造出了一种细微的，根据蚊子口器仿生制成的锯齿形针尖。和传统的圆柱状针管不同，在中央针尖的旁边还设置了两条细微的外侧锯齿条，极大地降低扎入人体的痛楚。
7、全天然空调系统
全天然空调系统
白蚁会建造这样巨大的巢穴系统，但是在炎热干燥的非洲草原上，这样一个建筑的内部却总是能自己保持恒温和湿润。不论外界多么潮湿，干旱，高温或寒冷，对其内部毫无影响。为了做到这一点，白蚁们会视情况在一天中忙着不停的打开或关闭不同方向的通风口。
在设计津巴布韦首都哈拉雷市的东门购物中心和办公大楼时，设计师麦克·皮尔斯(Mike Pearce)研究了白蚁巢穴的结构。其结果是，东门购物中心只需要传统设计10%的能量消耗。这样形成的节约使它得以降低租金，从而吸引更多商户入驻。
8、制造更好的冲浪板
制造更好的冲浪板
座头鲸翅膀前侧有一些波纹结构，这帮助这种庞然大物更加优雅流畅地在水流中前行。这种结构能够帮助减少阻力，并帮助座头鲸“抓住”水流，从而确保它尽管拥有巨大身躯，仍能敏捷行动。受此启发，冲浪板生产商“流体地球”(Fluid Earth)生产了拥有波纹状前端的特质冲浪板。
9、水下远程识别标签
水下远程识别标签
这种蓝色蝴蝶的翅膀上拥有一种细微的层状结构，它能以不同角度反射阳光，造成彩虹版炫目的色彩。一家名为Omni-ID的公司受此启发，制造了一种无线电频率ID标签。这种标签可以透过金属网眼甚至在水下都可以读出。他们采用一系列精巧的金属片来聚集和改变入射的无线电波，并反射回一个清晰的信号，从而可以进行远程的识别。(晨风)
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