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源于自然的十大创新技术:一个比一个惊艳
2016-06-22 10:15:22  出处:新浪科技   编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

历经三十五亿年的深入“研发”,大自然“发明”出了各式各样应对不利条件的巧妙解决方案,譬如通过粘性来抵抗引力,或利用糖分从长达一个世纪的脱水环境中幸存下来。有时候,生命系统甚至直接赋予人类科学家和工程师们以灵感,启发他们研发出了各种新技术。

1、牛蒡种子与维可牢

源于自然的十大创新技术:一个比一个惊艳

1941年,瑞士电气工程师乔治·德·梅斯特拉尔(George de Mestral)从阿尔卑斯山打猎归来后,发现自己的衣服以及猎犬的皮毛上都粘上了牛蒡毛刺。这种粘附在路过的生物身上的机制,是牛蒡远距离散播种子的方式。

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梅斯特拉尔将毛刺放在显微镜下进行观察,发现正是一些简单的钩子结构,让毛刺粘附在自己的袜子和猎犬皮毛上。这赋予了他灵感。梅斯特拉尔用各种材料的钩子和圆环进行了无数次试验,十年之后,终于获得了一种新织物搭扣的专利,这种织物搭扣就是我们现在所知的维可牢(编注:即日常生活中最常见的尼龙搭扣)。

2、壁虎足与攀爬技术

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壁虎抗地心引力的抓握秘诀在于脚趾上成排的微小刚毛。这些刚毛可以依靠粘性的范德华力依附在任何表面,范德华力只在微观尺度上发挥作用。

这种吸附方式的优势在于可逆地强力抓握,而且不需要使用任何粘合剂。近年来,工程师们已经成功地使用硅胶模拟出类似的刚毛结构,从而推动了各式各样壁虎皮肤模拟技术的出现。

源于自然的十大创新技术:一个比一个惊艳
受壁虎启发而发明的LEMUR机器人正紧贴在空间站的外壁上

在这些技术中,有一项小发明颇为值得一提,它让人类可以在陡峭的玻璃墙壁上攀爬,也可以使机器人推动自身重量数百倍的物体,或者让机械手在太空中从事修复工作。

3、鲸鳍与涡轮叶片

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在波士顿的一家礼品店中,生物学家弗兰克·费什(Frank Fish)注意到一尊座头鲸雕塑的鳍周围有隆起,他以为是艺术家犯的一个错误。这些隆起不是出现在鳍的后沿,而是顺着前沿延伸。不过事实证明,这位艺术家的观察是正确的。这排疣状脊线可以产生帮助鳍在水中划动的微小漩涡,同时也解释了座头鲸在水中令人惊奇的敏捷性。

在研究了这种“结节效应”之后,费什发现为涡轮叶片增加成排的隆起结构会降低拖曳和噪音,并提高其效率。鲸不仅启发了涡轮叶片新构型的设计,生产这种涡轮叶片的位于加拿大的企业也因此命名为鲸能公司(Whalepower Corporation)。

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风力涡轮叶片上呈锯齿状的边缘,这种结构的创意源自座头鲸。

4、鲨鱼皮与减阻涂层

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受到鲨鱼皮肤上微小鳞片的启发,美国宇航局科学家发明了一种船用减阻涂层。此项技术帮助星条旗号(Stars and Stripes)赢得了1987年美洲杯帆船赛的冠军。

这种涂层的减阻效果是如此成功,以致于比赛主办方认为它属于不公平的优势,并一度禁止运用这项技术,但后来又撤销了这一决议。

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涂层上的这些鳞片也会处于不断的运动状态,这样可以阻止微生物粘附在船体上,同时减少对于防污处理剂的依赖性。

5、翠鸟与子弹头列车

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由于车头前方积聚的气压,高速列车在穿过隧道时会产生巨大的轰鸣声。

上世纪九十年代,日本工程师中津英治(Eiji Nakatsu)发现翠鸟能够高速潜入水中,却不溅起水花。于是他仿照翠鸟喙设计出了新干线子弹头列车,这种设计不仅降低了火车的噪音,而且更加符合空气动力学原理,在降低能耗的同时还能提升车速。

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日本中央铁路的新干线子弹头列车抵达东京站,其车头的形状很像翠鸟的喙。

6、枫树种子与无人机

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凭借类似转子的设计,枫树种子会打着转儿从空中掉落——通过旋转产生的升力使得它们能够飞行至距离枫树更远的地方。洛克希德·马丁公司采纳这种设计,研制出了一款名为Samarai的单旋翼无人机。这款设计简单的无人机仅有两个活动部件,因此可以轻易地予以小型化。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)已经承担了上述小型化任务,他们希望生产出能够被用于在狭小空间里进行侦查的无人机。

7、多足机器人

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在荒野山坡不平坦的地面或火星的崎岖地貌上,“腿”能够“走”到轮子去不了的地方。基于对自然造物和猎豹身体结构的研究,美国国防部高级研究计划局发明了一系列的四足机器人,它们可以在战场上飞奔着运送补给。

与此同时,美国宇航局也在开发一种名为ATHLETE的六足机器人。ATHLETE每条腿的末端都有一个轮子,当地形便利时,它可以滚动行进。如果行走过程中遇到障碍,它就可以收起轮子,灵活地抬腿跨过障碍。

8、蜂巢思维网格

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无需接到任何指令,蜂巢里的蜜蜂本能地知道有哪些工作需要做并付诸行动——这源于它们身处蜂巢的位置和周围其他蜜蜂正在做的事。

美国雷根能源公司就采用了这种“群逻辑”,来改进电力网络的效率。他们并没有使用可重新定向电力负荷的中央系统,而是采纳了可相互进行无线通讯的本地控制器系统,能自主判断电能需要被输往的目的地。

9、“糖衣”疫苗

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缓步类的水熊虫能够在恶劣条件下生存多年,这种能力启迪了一种新颖的活疫苗保存技术的诞生。

缓步类动物是一种生活在水中且生命力极强的八足微小生物。当处于缺水的环境中,它们会脱水,但与此同时,它们也进化出了可在缺水一百多年之后奇迹复活的神奇能力——通过将体内的分子如DNA和蛋白质包裹在一种糖内来实现。

旧金山Biomatrica公司和英格兰Nova Laboratories等多家生物技术公司,都采用了类似的技术来保存活疫苗,而无需冷冻。这些疫苗通过“紧缩包装”技术被保存在一层透明的糖膜中,它们可在非冷冻条件下持续六个月有效。

10、白蚁与建筑

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非洲白天的气温可高达40℃,夜晚又会降至2℃以下。为了让土丘巢穴保持在相对恒定的温度,非洲白蚁进化出了精巧的筑巢本领:通过在顶部和侧面开凿出一连串的通风孔,为自己的土丘打造出了被动冷却系统,风可以将地下巢穴的热空气通过通风孔带出建筑体。白蚁们甚至还会依靠打开或关闭通道来控制气流。

建筑师米克·皮尔斯在设计东门中心时就采用了类似的策略,东门中心是一栋位于津巴布韦首都哈拉雷的办公综合建筑。借鉴白蚁的解决方案,热空气可从建筑物顶端成排的烟囱中排出,而较冷的空气则被导向地下。整栋建筑没有使用空调就能保持凉爽,相比同等规模的传统建筑,它只需要使用十分之一的电能。

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