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,即“生物模拟”。
熟知的仿生学动物中,鸟类和蝙蝠的超声波回声定位系统,助力我们发明了雷达。仿生学还学习了许多动物,那么我们借助这些动物又发明了哪些科学产品呢?
风力涡轮机和鲸鳍
座头鲸是一种体形庞大、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,形成许多很小的旋涡,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。
植物气孔与透气的服装面料
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。
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。
翠鸟和子弹头列车
日本的子弹头列车以其速度和设计性而闻名,但一开始并不是这样的。这些列车的最初设计会产生震耳欲聋的轰鸣声,当它以时速300公里的速度疾驰而过时,周围的居民和野生动物不胜其扰。
解决方案令人意想不到,那就是翠鸟的喙。参与设计列车的一位工程师,同时也是狂热的观鸟爱好者,有一次看到翠鸟跃入水中的情景,发现溅起的水花很小。翠鸟之所以能做到如此完美的跳水动作,是因为它相对较大的头部和较窄的喙。受到鸟喙的空气动力学形状的启发,工程师们决定将其应用到列车的设计中。于是就有了车头尖尖的子弹头列车,能以极快的速度(每小时300公里)行驶,同时空气阻力极小,不会产生噪声。
蚊子口器与注射针头
蚊子的口器其实并不只是一根尖锐的“针管”,而是由6个部分组成。它们的口器有两个细长尖锐的上颚和两个锯齿状的下颚,是刺入皮肤的主要工具,可以在皮肉间自由地弯曲游走,寻找合适的毛细血管。
在一项研究中,科学家演示了一种特制注射针的使用方法。这种针类似蚊子的口器,由几根像下颚一样锯齿状的微针组合而成,能更加容易地刺入皮肤。这些侵入性较低的针头带来的疼痛感也更低,可以用于给药或作为糖尿病患者的常规注射针头。
仿生学已经在人类生活中发挥了极其重要的作用。38亿年来,地球生命为了适应环境,演化出了无数的精巧设计,这一切都是为了以最少的努力和资源来获得最大的回报。对产品设计师和工程师来说,大自然最大的启示应该是其可持续的环保设计。