科技報報/源於自然的十大創新技術 一個比一個驚豔

大陸新聞中心/綜合報導

2016-06-22 10:43:45

毛刺。
毛刺。
歷經三十五億年的深入『研發』,大自然『發明』出了各式各樣應對不利條件的巧妙解決方案,譬如透過黏性來抵抗引力,或利用糖分從長達一個世紀的脫水環境中倖存下來。
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根據新浪科技報導,有時候,生命系統甚至直接賦予人類科學家和工程師們以靈感,啟發他們研發出了各種新技術。
1、牛蒡種子與魔鬼氈
1941年,瑞士電氣工程師喬治•德•梅斯特拉爾(George de Mestral)從阿爾卑斯山打獵歸來後,發現自己的衣服以及獵犬的皮毛上都黏上了牛蒡毛刺。這種黏附在路過的生物身上的機制,是牛蒡遠距離散播種子的方式。
梅斯特拉爾將毛刺放在顯微鏡下進行觀察,發現正是一些簡單的鉤子結構,讓毛刺黏附在自己的襪子和獵犬皮毛上。這賦予了他靈感。梅斯特拉爾用各種材料的鉤子和圓環進行了無數次試驗,十年之後,終於獲得了一種新織物搭扣的專利,這種織物搭扣就是我們現在所知的維可牢(即日常生活中最常見的尼龍搭扣也稱「魔鬼氈」)。
源于自然的十大創新技術:一個比一個驚艷
2、壁虎足與攀爬技術
壁虎抗地心引力的抓握秘訣在於腳趾上成排的微小剛毛。這些剛毛可以依靠粘性的凡得瓦力依附在任何表面,凡得瓦力只在微觀尺度上發揮作用。
這種吸附方式的優勢在於可逆地強力抓握,而且不需要使用任何黏合劑。近年來,工程師們已經成功地使用矽膠模擬出類似的剛毛結構,從而推動了各式各樣壁虎皮膚模擬技術的出現。
在這些技術中,有一項小發明頗為值得一提,它讓人類可以在陡峭的玻璃牆壁上攀爬,也可以使機器人推動自身重量數百倍的物體,或者讓機械手在太空中從事修復工作。
源于自然的十大創新技術:一個比一個驚艷
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受壁虎啟發而發明的LEMUR機器人正緊貼在空間站的外壁上。
3、鯨鰭與渦輪葉片
在波士頓的一家禮品店中,生物學家弗蘭克•費什(Frank Fish)注意到一尊座頭鯨雕塑的鰭周圍有隆起,他以為是藝術家犯的一個錯誤。這些隆起不是出現在鰭的後沿,而是順著前沿延伸。不過事實證明,這位藝術家的觀察是正確的。這排疣狀脊線可以產生幫助鰭在水中劃動的微小漩渦,同時也解釋了座頭鯨在水中令人驚奇的敏捷性。
在研究了這種『結節效應』之後,費什發現為渦輪葉片增加成排的隆起結構會降低拖曳和噪音,並提高其效率。鯨不僅啟發了渦輪葉片新構型的設計,生產這種渦輪葉片的位於加拿大的企業也因此命名為鯨能公司(Whalepower Corporation)。
源于自然的十大創新技術:一個比一個驚艷
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風力渦輪葉片上呈鋸齒狀的邊緣,這種結構的創意源自座頭鯨。
4、鯊魚皮與減阻塗層
受到鯊魚皮膚上微小鱗片的啟發,美國太空總署科學家發明瞭一種船用減阻塗層。此項技術幫助星條旗號(Stars and Stripes)贏得了1987年美洲盃帆船賽的冠軍。
這種塗層的減阻效果是如此成功,以致於比賽主辦方認為它屬於不公平的優勢,並一度禁止運用這項技術,但後來又撤銷了這一決議。
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塗層上的這些鱗片也會處於不斷的運動狀態,這樣可以阻止微生物粘附在船體上,同時減少對於防污處理劑的依賴性。
5、翠鳥與子彈頭列車
上世紀九十年代,日本工程師中津英治(Eiji Nakatsu)發現翠鳥能夠高速潛入水中,卻不濺起水花。於是他仿照翠鳥喙設計出了新幹線子彈頭列車,這種設計不僅降低了火車的噪音,而且更加符合空氣動力學原理,在降低能耗的同時還能提升車速。
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由於車頭前方積聚的氣壓,高速列車在穿過隧道時會產生巨大的轟鳴聲。
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日本中央鐵路的新幹線子彈頭列車抵達東京站,其車頭的形狀很像翠鳥的喙。
6、楓樹種子與無人機
憑藉類似轉子的設計,楓樹種子會打著轉兒從空中掉落——透過旋轉產生的升力使得它們能夠飛行至距離楓樹更遠的地方。洛克希德•馬丁公司採納這種設計,研製出了一款名為Samarai的單旋翼無人機。這款設計簡單的無人機僅有兩個活動部件,因此可以輕易地予以小型化。
美國國防部高級研究計劃局(DARPA)已經承擔了上述小型化任務,他們希望生產出能夠被用於在狹小空間裡進行偵查的無人機。
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7、多足機器人
在荒野山坡不平坦的地面或火星的崎嶇地貌上,『腿』能夠『走』到輪子去不了的地方。基於對自然造物和獵豹身體結構的研究,美國國防部高級研究計劃局發明瞭一系列的四足機器人,它們可以在戰場上飛奔著運送補給。
與此同時,美國太空總署也在開發一種名為ATHLETE的六足機器人。ATHLETE每條腿的末端都有一個輪子,當地形便利時,它可以滾動行進。如果行走過程中遇到障礙,它就可以收起輪子,靈活地抬腿跨過障礙。
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8、蜂巢思維網格
無需接到任何指令,蜂巢裡的蜜蜂本能地知道有哪些工作需要做並付諸行動——這源於牠們身處蜂巢的位置和周圍其他蜜蜂正在做的事。
美國雷根能源公司就採用了這種『群邏輯』,來改進電力網路的效率。他們並沒有使用可重新定向電力負荷的中央系統,而是採納了可相互進行無線通訊的本地控制器系統,能自主判斷電能需要被輸往的目的地。
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9、『糖衣』疫苗
緩步類的水熊蟲能夠在惡劣條件下生存多年,這種能力啟迪了一種新穎的活疫苗保存技術的誕生。
緩步類動物是一種生活在水中且生命力極強的八足微小生物。當處於缺水的環境中,牠們會脫水,但與此同時,牠們也進化出了可在缺水一百多年之後奇蹟復活的神奇能力——透過將體內的分子如DNA和蛋白質包裹在一種糖內來實現。
舊金山Biomatrica公司和英格蘭Nova Laboratories等多家生物技術公司,都採用了類似的技術來保存活疫苗,而無需冷凍。這些疫苗透過『緊縮包裝』技術被保存在一層透明的糖膜中,它們可在非冷凍條件下持續六個月有效。
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10、白蟻與建築
非洲白天的氣溫可高達40℃,夜晚又會降至2℃以下。為了讓土丘巢穴保持在相對恆定的溫度,非洲白蟻進化出了精巧的築巢本領:透過在頂部和側面開鑿出一連串的通風孔,為自己的土丘打造出了被動冷卻系統,風可以將地下巢穴的熱空氣透過通風孔帶出建築體。白蟻們甚至還會依靠打開或關閉通道來控制氣流。
建築師米克•皮爾斯在設計東門中心時就採用了類似的策略,東門中心是一棟位於辛巴威首都哈拉雷的辦公綜合建築。借鑑白蟻的解決方案,熱空氣可從建築物頂端成排的煙囪中排出,而較冷的空氣則被導向地下。整棟建築沒有使用空調就能保持涼爽,相比同等規模的傳統建築,它只需要使用十分之一的電能。
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