从摇篮到摇篮， 创新并不遥远

从摇篮到摇篮， 创新并不遥远

　　1940年，伐木工人从木蠹虫啃咬木头的动作中受到启发，设计出一种改良版链锯

　　广东科学中心自中国台湾科教馆引进的“仿生”科学展，将从8月1日一直持续至11月2日。开展前一天，台湾科教馆的策展人林怡萱小姐接受了金羊网记者的采访。在她看来，本次展览以“仿生”为题，其实也是一次典型的STEM教育（科学、技术、工程、数学教育的总称）——即从科学学科角度去认识世界、解释自然界的客观规律；以数学为基础工具，从技术和工程学角度，在尊重自然规律的基础上去尝试改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题。

　　展出的五个部分中的三个主要部分——“从动物来的灵感”“由植物来的启发”“从自然环境找解答”，均紧跟时代“创新”潮流，带领大家去展开对大自然的全新角度的探索。

　　“仿生”科学展开启智慧的灵感

　　文/图 金羊网记者 易芝娜

　　“仿生”是来自大自然的智慧

　　A 象鼻没有骨骼却一样可以拿取重物，主要是肌肉的收缩在发挥作用

　　仿生科技的“先驱”当数达·芬奇，他一生中留下的许多珍贵手稿中，有不少就是他细心观察大自然得到启发而发明的新物件。而当代国际知名仿生学家珍妮·班亚斯这样去定义仿生学：“每一种生物都是顶尖的工程师、设计师。它们也是人类最好的老师。仿生学其实就是被大自然启发的创新。仿生学的未来就是帮助我们去揭开一个‘永续’世界的奥秘。而生命的核心价值应该就是建立一个‘永续’的世界——向大自然学习，不仅可以使我们生活的这个世界更美好、富饶，还可以将我们的悔恨与懊恼值降到最低。”

　　班亚斯列举了一些典型案例来说明大自然的智慧是无穷的。

　　比如黄石公园里生长在热泉旁边的植物和微生物，它们比其他优越环境中的生物更懂得“节能”、“节水”。最近人们发现，这里的酸性热泉中有一类全新微生物，在高温、深水环境中，只需要极低含量的氧气支持就可以生存。这一发现可能为人类探索火星提供高温生物学方面的启示。

　　比如蝴蝶和孔雀身上的“结构色”。它们并不是通过色素来呈现的，而是通过羽毛或鳞片上一种层状结构去反射光线，因而呈现出不同的亮丽色泽，根本无需化学反应。

　　比如擅长“自洁”的莲叶，它们表层存在一层纳米大小的突出结构，不仅不会沾湿水，也不会吸附尘埃，人类正是模仿它发明了不用洗的永洁布料。

　　还有鲨鱼的皮肤。因为上面覆有许多齿状突起的鳞片，又称“盾鳞”，当鲨鱼高速游泳时，这种特殊形状的鳞片可以减少阻力。此外，虽然长期生活在水中，但鲨鱼的皮肤上从来不会有藻类、藤壶等生物附着。美国佛罗里达大学的布伦南博士由此研发了鲨鱼皮贴膜技术，不仅可以用于游泳衣，让使用者阻力变得更小，游得更快，还可以用在鞋底防滑。这种结构甚至可以运用到医院里的椅子扶手、开关等地方，大大地减少细菌的黏附与传播。

　　人类相比其他生物，既跑不快，也跳不高，更不会飞，但人类懂得观察、学习和模仿，所以才能成为“万物之灵”，达到更快、更远、更稳固的境界。仿生学并不是仅仅去复制大自然，而是充分地辨识、分析、了解并应用大自然的解决方案，来改善、弥补或挽救人类所面临的种种问题。这些正是所谓“来自大自然的智慧”。

　　B“从摇篮到摇篮”的循环概念

　　策展人林小姐提醒我们留意一个很有趣的自然现象：自然界的循环没有浪费。

　　她指出，如果我们懂得如何跟大自然学习，就会懂得如何用“系统观”来解决问题。比如展览中提到如何向热带雨林及人体循环系统学习，设计出理想的灌溉系统；如何向草原生态系统学习设计理想的农耕模式，等等。

　　展览中“从自然环境找解答”部分，提到了几个全球各地正在实施的计划。比如莫比乌斯计划，它是一个将输入与输出相连接，形成一种封闭的循环关系的计划，主要包括食物生产、能源生产、水处理三种循环。荷兰阿姆斯特丹的一家餐厅正在实践这个计划。他们利用一个温室中的无氧消化器，去处理可生物分解的废弃物，将其转变成餐厅运作所需的热能和电力；一个废水处理系统则利用植物、微生物将各种废水变成干净的水；用厨余垃圾来堆肥养蠕虫，再拿虫喂鱼，鱼鲜则供应餐厅使用；同时餐厅的咖啡渣还可以作为蘑菇培养土，蘑菇也可供应给餐厅——于是整个餐厅的食物、能源、水、废弃物都可以进入这个循环，充分利用起来。

　　撒哈拉沙漠计划也相当神奇。它结合了“太阳能”和“海水温室效应”两种技术，可在恢复沿海沙漠的绿化中发挥作用。在一个海水温室里，收集海风吹过时带来的部分汽化的海水，冷凝后利用太阳能设备将其转化为淡水，这个过程一来可以降温，二来可以给一些不太需水的植物提供生长所需。实验中，人们发现这个过程中并没有消耗额外的能量——都来自于大自然——但产生的淡水，不仅足够提供温室内的植物生长，还有多余的来滋润周遭的土地，一年后就使这个温室附近的贫瘠土地恢复生机，开始有了绿色植被。

　　这里面就有一个叫“从摇篮到摇篮”的循环概念。这个概念最早是在2002年由美国作家威廉·麦克唐纳与德国作家迈克尔·布朗嘉特共同著作的《从摇篮到摇篮：循环经济设计之探索》中提出的。这两位一名是建筑师，另一名是化学家，他们从自己的专业实践出发，通过为读者描述樱桃的生长模式，阐述了他们重新设计的可持续发展模式的循环。

　　荷兰现在正在用这个设计概念拟建一个“2020园区”。在这个紧邻史基浦机场、占地面积60万平方英尺的园区里，计划兴建包括商铺、会议中心、饭店等许多日常生活设施。整个园区会采用一种叫“建材银行”的创新商业模式，所有的建筑物都使用可回收的建材，并采用容易拆除、可回收的模式。这里不卖实体的“房子”，只卖“服务”——建筑商和营造商都不用去“采购”建材，而是付给建材供应商“建材使用费”，等建筑因使用期满、“寿命”结束而拆除时，仅由供应商回收建材再利用。同样的，居住在这里的人也无需买房子，只要付租金，就可安享无忧，所有的维修、以旧换新，都由建材商来处理。这里将是全世界第一个循环经济的商业生态系统。

　　C 高科技的发明促进了仿生学的发展

　　林小姐称，正是科学技术的发展，才更促进了仿生学的发展。比如电子显微镜的发明，让人们可以更清晰地看到物体的结构，了解到更多细节，于是又有了跟以往不同角度的“仿生学”概念。

　　在智能机器人方面用到的仿生概念，我们就在改变传统的设计思路。比如我们抓取物体不一定再设计成人手的样子，而是去参考大象的鼻子。生物学的发展，让我们了解到象鼻是由15万条肌肉束构成，并没有任何骨头或软骨构造，但它一样能轻松地抓取重物；象鼻末端有丰富的微血管和敏感的神经，像人的手指般具备触感，更有类似雷达的功能，可侦测外界环境记号并传回大脑。于是，德国飞斯妥公司与欧洲最大科学应用研究机构共同开发了一款仿生机械手臂，就能像象鼻一样自由弯曲、取东西，既轻巧又灵活，准确性还相当高。

　　此外，美国史丹佛大学医学院的研究人员在研究大象的叫声时也发现，大象的叫声是通过两种不同的传播介体传播的，它们会发出两种声音，一种通过大气传送，一种就像地震波一样，通过地面传送。而通过地面传送的甚至可以传递至两倍距离远。而且大象跺脚产生的震波能传到32公里外，因此它们可以更有效地彼此沟通。这项研究也可能促成助听器设计上的突破。

　　还有，美国东北大学海洋科学中心研发出的一款模仿龙虾形态的机器龙虾，有八条腿可以向任意方向移动，爪子和尾巴可以保持身体的稳定，还有能感知障碍物的触须，它就像真虾一样灵活，可以适应沿海地区的海底勘测，比如发现矿藏、搜寻浅海水雷等。

　　现代仿生学给我们带来的启示，早已涵盖生物、材料、工程、医学、机械、农业等各种领域。德国奔驰汽车研发中心从箱鲀鱼身上找到灵感，设计出一款开关像箱子的概念汽车；学习降噪高手——翠鸟和猫头鹰，日本一名铁路工程师仲津英治设计出应用于500系新干线的列车车头，不仅降噪，也提高了燃料使用效率；日本关西大学研究人员模仿蚊子吻部，研发出一种很小的锯齿状、硅胶材质的针，直径只有十分之一毫米，能大大降低打针时的疼痛感，造福需长期注射的病患；日本帝人纤维公司的研究人员研究了南美洲摩尔福蝶鳞片、孔雀和蓝鸟羽毛，研发出“蓝默纤维”，利用纤维结构与光线来创造“自然色彩”的服饰；美国高通公司也根据蝴蝶色彩原理，设计出可持续作用又不耗能的背光源——米拉索显示器技术，已应用于智能手机、平板计算机等，它不像传统屏幕接触强光会变黯淡，反而到室外会更增强亮度，而且这种屏幕本身不发光，可省下90%的电力……

　　我们应该还可以期待更多来自大自然的启示，因为正如珍妮·班亚斯所说：“答案就在我们身边。”创新也并不遥远。