仿生学,向大自然学习最优秀的解决方案

雾凇

绝大多数人都对自然界充满着无穷的好奇心,因为自然界中存在着许多神奇的生物和现象,让人叹为观止。虽然各种生物没有发展出人类语言这样复杂的沟通方式,但它们在自然界却用自己的实际行动,展现着各自应对复杂自然环境、勇敢斗争的生存技能。

自然界的环境千变万化,地球上的生物也丰富多样。在数亿年的进化过程中,顽强的生灵们发挥了各自的“聪明才智”,不断学习和尝试,形成了各自的“独门绝技”,能够在各种艰苦环境下生存繁衍。

当科学家们专心去研究生物的“生存绝技”时,发现人类面对的许多难题,这些“聪明”的生物们早已经巧妙地解决了。就这样,自然界的生物成了人类的老师,它们为人类提供了许多自然界中最优秀的解决方案,启发人们把这些应用到社会生产和生活中去。人类从自然界吸取灵感,向生物学习的学科,就是神奇的仿生学。

仿生学,顾名思义,就是模仿生物的科学。模仿生命体,模仿自然过程,从中学习一些生物结构和功能的工作原理,根据这些原理发展出新的科学技术,制造出新的工具、材料、设备等,解决人们实际应用中的问题。比如我们从小就知道,蝙蝠通过接收回声来判定周围物体的方位和形状,雷达就是依据蝙蝠的这一特性发...

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绝大多数人都对自然界充满着无穷的好奇心,因为自然界中存在着许多神奇的生物和现象,让人叹为观止。虽然各种生物没有发展出人类语言这样复杂的沟通方式,但它们在自然界却用自己的实际行动,展现着各自应对复杂自然环境、勇敢斗争的生存技能。

自然界的环境千变万化,地球上的生物也丰富多样。在数亿年的进化过程中,顽强的生灵们发挥了各自的“聪明才智”,不断学习和尝试,形成了各自的“独门绝技”,能够在各种艰苦环境下生存繁衍。

当科学家们专心去研究生物的“生存绝技”时,发现人类面对的许多难题,这些“聪明”的生物们早已经巧妙地解决了。就这样,自然界的生物成了人类的老师,它们为人类提供了许多自然界中最优秀的解决方案,启发人们把这些应用到社会生产和生活中去。人类从自然界吸取灵感,向生物学习的学科,就是神奇的仿生学。

仿生学,顾名思义,就是模仿生物的科学。模仿生命体,模仿自然过程,从中学习一些生物结构和功能的工作原理,根据这些原理发展出新的科学技术,制造出新的工具、材料、设备等,解决人们实际应用中的问题。比如我们从小就知道,蝙蝠通过接收回声来判定周围物体的方位和形状,雷达就是依据蝙蝠的这一特性发明出来的。

《当自然赋予科技灵感》就是一本介绍仿生学优秀案例的科普书籍。书中介绍了许多仿生学的应用实例。

每一种生物分两页介绍:一页主要通过文字内容,介绍生物本身的特点、在自然界形成的巧妙地生物策略、在仿生学上的应用以及前景展望;另一页,以图片的形式,展示生物的标本,以及根据该生物的独特策略手绘的原理解析图。

这些珍贵的生物标本,主要来自图卢兹自然历史博物馆和蒙彼利埃第二大学植物标本馆。

图文结合,非常直观,适合仿生学知识的爱好者和青少年阅读。

我们说自然界的生物提供了最优秀的解决方案,不仅仅是因为,这些生物在多变的自然环境下能够巧妙地应对,进化出许多“聪明”的解决策略;更是因为,所有这些生物过程,都是天然实现、可循环的过程。这是非常可贵的。

人类进行工业生产的许多加工过程,需要进行高温、高压、添加人工材料甚至化学成分等操作,这会导致许多污染后果,产生附加垃圾,不但耗费能源,还会破坏环境。

相对于工业加工过程来说,自然界的生物过程基本不产生污染和垃圾物质,过程可循环,与生态环境融为一体,对于生态环境的保护和可持续发展有着不可估量的作用。

如果科学家们能够从自然界获取足够的灵感,设计出自然环保的新科技,逐步替代那些产生污染的加工方法,这将是造福全人类的好事。即使只是日常的小物件,只要能够帮助人们解决问题,也都是有益的。所以说,仿生学不仅是有趣的科学,更是有益的科学,未来的发展前景非常好。

翻开《当自然赋予科技灵感》,我们就会发现,仿生学的应用早已经深入到我们身边。

比如说牛蒡,是一种很普通的菊科植物。为了传播自己的种子,它在种子上长出了许多小挂钩。当动物经过时,种子就通过这些小挂钩,挂到动物的毛发上,让动物帮助自己传播。这在自然界是个很普通的过程。

我们日常生活中非常熟悉的维可牢尼龙搭扣,就是参考牛蒡设计的。在户外服装、鞋子、腕带中,这种方便的尼龙扣很常见。当我们顺手撕开这种尼龙扣时,仿生学已经在为我们服务了。

我们都知道,尼龙扣撕开的时候,会有“呲”的一声响。在军方的设计上,这种恼人的声音已经被成功消除了,不过,这可是军事秘密啊。

图片来自网络

深海中有许多自身能够发光的海洋生物,比如说维多利亚多管发光水母,是它帮助人们发现了海洋生物发光的原理。

日本生物学家下村修从维多利亚多管发光水母身上分离出了一种神秘的发光物质,一种特殊的蛋白质——绿色荧光蛋白,它能够吸收水母体内的水母素与钙离子结合时所发出的蓝色光,并发出绿色的荧光。

现在,这种蛋白质被称为“绿色标识”,并长期被用于化学、生物学和医学研究,在跟踪癌症进展以及基因学上,都有重大贡献。2008年,下村修还因此被授予了诺贝尔化学奖。

《当自然赋予科技灵感》中还有很多生动的例子。比如莲花的自洁能力和疏水能力——“莲花效应”,引导人们设计出防水的建筑图层、玻璃材料等;扇贝的贝壳波纹,启发人们设计出轻结构、承重力强的瓦楞板;箱子鱼符合流体力学的外形结构,让奔驰的工程师设计出节能的仿生概念车。

自然界这些巧妙的生物形态和过程,通过仿生学,进入到科技领域,帮助科学家研发出环保、好用的新材料、新设计,给人类带来了极大帮助。在未来,仿生学能够从自然界中造就的生命奇迹中汲取更多灵感,创造出更多可能。

2017.10.02雾凇

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