據(jù)美國《心理絨毛》雜志報道,從古至今,人類一直在從大自然吸取靈感。維可牢尼龍搭扣即是研究人員受野薊鉤刺啟發(fā)開發(fā)出來的,而第一代道路反射鏡也是模仿貓眼結構制造的。今天,模仿大自然的科學(即生體模仿學)已成為一個產(chǎn)值達十億美元的行業(yè)。以下是我們?nèi)祟悘膭游锿鯂?ldquo;偷學”的十大技術。
1. 塑料涂層(偷學對象:鯊魚)
基于鯊魚皮開發(fā)出的一種塑料涂層,目前正在醫(yī)院患者接觸頻率最高的一些地方進行實驗
細菌感染恐怕是最令醫(yī)院頭疼的一件事,無論醫(yī)生和護士洗手的頻率有多高,他們?nèi)圆粩鄬⒓毦筒《緩囊粋€患者傳到另一個患者身上,盡管不是故意的。事實上,美國每年有多達10萬人死于他們在醫(yī)院感染的細菌疾病。但是,鯊魚卻可以讓自己的身體長久保持清潔——長達一億多年。如今,正是由于鯊魚這一特性,細菌感染可能會重蹈恐龍的覆轍——從地球上徹底消失。
與其他大型海洋動物不同,鯊魚身體不會積聚黏液、水藻和藤壺。這一現(xiàn)象給工程師托尼·布倫南(Tony Brennan)帶來了無窮靈感,在2003年最早了解到鯊魚的特性以后,他多年來一直在嘗試為美國海軍艦艇設計更能有效預防藤壺的涂層。在對鯊魚皮展開進一步研究以后,他發(fā)現(xiàn)鯊魚整個身體覆蓋著一層層凹凸不平的小鱗甲,就像是一層由小牙織成的毯子。黏液、水藻在鯊魚身上失去了立足之地,而這樣一來,大腸桿菌和金黃色葡萄球菌這樣的細菌也就沒有了棲身之所。
一家叫Sharklet的公司對布倫南的研究很感興趣,開始探索如何用鯊魚皮開發(fā)一種排斥細菌的涂層材料。今天,該公司基于鯊魚皮開發(fā)出一種塑料涂層,目前正在醫(yī)院患者接觸頻率最高的一些地方進行實驗,比如開關、監(jiān)控器和把手。迄今為止,這種技術看上去確實可以趕走細菌。Sharklet公司還有更宏偉的目標:下一步是開發(fā)一種可以消除另一個常見感染源——尿液管——的塑料涂層。
2. 音波手杖(偷學對象:蝙蝠)
音波手杖
這聽上去就像一個糟糕玩笑的開頭:一位大腦專家、一位生物學家和一位工程師走進了同一家餐廳。然而,這種事情確實發(fā)生在英國利茲大學,幾個不同領域的專家的突發(fā)奇想最終導致音波手杖(Ultracane)的問世:這是一種盲人用的手杖,在靠近物體時會振動。這種手杖采用了回聲定位技術,而蝙蝠就是利用同樣的感覺系統(tǒng)去感知周圍環(huán)境。音波手杖能以每秒6萬個的速度發(fā)送超聲波脈沖,并等待它們返回。
當一些超聲波脈沖回來的時間超過別的超聲波脈沖時,這表明附近有物體,引起手杖產(chǎn)生震動。利用這種技術,音波手杖不僅可以“看到”地面物體,如垃圾桶和消防栓,還能感受到頭頂?shù)氖挛?,比如樹杈。由于音波手杖的信息輸出和反饋都不會發(fā)出聲音,使用者依舊能聽到周圍發(fā)生的事情。盡管音波手杖并未出現(xiàn)顧客排隊購買的熱賣景象,但美國和新西蘭的幾家公司目前正試圖利用同樣的技術,開發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品。
3. 新干線列車(偷學對象:翠鳥)
日本的高速列車都具有長長的像鳥喙一樣的車頭,令其相對安靜地離開隧道。
日本第一列新干線列車在1964年建造出來的時候,它的速度達到每小時120英里(約合每小時193公里)。但是,如此快的速度卻有一個不利方面,列車駛出隧道時總會發(fā)出震耳欲聾的噪音,乘客抱怨說有一種火車擠到一起的感覺。這時,日本工程師中津英治(Eiji Nakatsu)介入了這件事。中津英治還是一位鳥類愛好者,他發(fā)現(xiàn)新干線列車總在不斷推擠前面的空氣,形成了一堵“風墻”。
當這堵墻同隧道外面的空氣相碰撞時,便產(chǎn)生了震耳欲聾的響聲,這本身對列車施加了巨大的壓力。中津英治在對這個問題仔細分析之后,意識到新干線必須要像跳水運動員入水一樣“穿透”隧道。為了獲取靈感,他開始研究善于俯沖的鳥類——翠鳥的行為。翠鳥生活在河流湖泊附近高高的枝頭上,經(jīng)常俯沖入水捕魚,它們的喙外形像刀子一樣,瞬間穿越空氣,從水面穿過時幾乎不產(chǎn)生一點漣漪。
中津英治對不同外形的新干線列車進行了實驗,發(fā)現(xiàn)迄今最能穿透那堵風墻的外形幾乎同翠鳥的喙外形一樣?,F(xiàn)在,日本的高速列車都具有長長的像鳥喙一樣的車頭,令其相對安靜地離開隧道。事實上,外形經(jīng)過改進的新干線列車的速度比以前快10%,能效高出15%。
4. 風扇葉片(偷學對象:駝背鯨)
美國賓夕法尼亞大學西切斯特分校流體動力學專家、海洋生物學家弗蘭克·費什(Frank Fish)教授表示,他從海洋深處找到了解決當前世界能源危機的辦法。費什注意到,駝背鯨的鰭狀肢可以從事一些似乎不可能的任務。駝背鯨的鰭狀肢前部具有壘球大小的隆起,它們在水下可以令鯨魚輕松在海洋中游動。但是,根據(jù)流體力學原則,這些隆起應該會是鰭的累贅,但現(xiàn)實中卻幫助鯨魚游動自如。
于是,費什決定對此展開調(diào)查。他將一個12英尺(約合3.65米)長的鰭狀肢模型放入風洞,看它挑戰(zhàn)我們對物理學的理解。這些名為結節(jié)的隆起使得鰭狀肢更符合空氣動力學原理。費什發(fā)現(xiàn),它們排列的方位可以將從鰭狀肢上方經(jīng)過的空氣分成不同部分,就像是刷毛穿過空氣一樣。費什的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在叫做“結節(jié)效應”(tubercle effect),不僅能用于各種水下航行器,還應用于風機的葉片和機翼。
根據(jù)這項研究,費什為風扇設計出邊緣有隆起的葉片,令其空氣動力學效率比標準設計提升20%左右。他還成立了一家公司專門生產(chǎn)這種葉片,不久將開始申請使用其節(jié)能技術,用以改善全世界工廠和辦公大樓的風扇性能。費什技術的更大用途則是用于風能。他認為,在風力渦輪機的葉片增加一些隆起,將使風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性變革,令風力的價值比以前任何時候都重要。