爬行动物教我们节水 大自然的启示,你会用吗?

2016-02-21 15:10 金陵晚报

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来源标题:大自然的启示,你会用吗?

杰伊·哈曼依据仿生学原理,曾设计了包括制冷系统、涡轮机、轮船、风扇、搅拌机、水泵等多种工业设备。如今他已是全世界最为优秀的仿生学设计大师之一,同时他也是位自然学家、企业家和发明家。而他所著的一本名为《创新启示》的书,正是结合他多年来的兴趣与研究,揭示了大自然的力量如何能够激发灵感、驱动创新,并使之快捷高效地与我们的日常生活完美结合的过程。

大自然是神奇的,无论是动物还是植物,都在大自然的洗礼中不断地优胜劣汰,而这个过程,必能给人类带来无数意想不到的启示。

菌类的启示

修复受污染土壤人工智能自我教育网络

菌类不仅仅是我们在熟透的树莓上发现的那些呈花朵状、令人生厌的霉菌,它还包括我们用来制作面包、葡萄酒、奶酪的酵母,等等。菌丝体对大自然的循环稳定一直起着重要的作用。保罗·史塔曼兹是菌类领域的顶尖科研人员,长期致力于研究如何仿效菌类的方法解决人类的问题,他认为,菌类最有价值的特性之一就是能巩固人类的免疫系统,同时也能巩固环境的免疫系统。

“所有菌丝体都具有抗病毒、抗菌的特质。”保罗解释说,“青霉素仅是其中的一例,还有很多其他品种,甚至能治愈更复杂、更顽固的疾病。它看起来甚至能抑制从禽流感到天花的各种病毒。科学家发现,还有一些菌菇对走到生命尽头的人有明显效果,能帮助临死的病人最大限度地放松下来,以积极的态度面对死亡,从而平静地度过生命的最后时光。”

保罗的研究结果提供了令人信服的证据,证明菌丝体不仅能降解林地上的所有垃圾,同时由菌丝体发展出来的菌类和霉菌还能解决一系列难题,从恶臭的污染物、石油泄漏、重金属沉积、化学杀虫剂到放射物的污染和医源性感染等。

菌丝界最大的特色之一,可能还在于它能够演化出综合有效的网络。这也是菌丝仿生学中一种价值无以估量的模式。菌丝通过放射性的增长方式形成这种网络。保罗因此确信,未来的人工智能进行自我教育,能够模仿菌类的自然网络。他的研究表明,这些有机体有意识、能反应、有感情,只不过我们还不能完全了解它们的表现方式。

蠕虫的启示

骨折胶黏剂、人造肌肉

我们可能听说过一种“放血疗法”,也叫“水蛭疗法”,这种疗法属于生物疗法范畴,已经沿用了上千年。

其实蛆也能治疗创伤,促使伤口自愈,因为它们能吃掉死细胞和腐烂的细胞,且非常精准,丝毫不会触及健康的细胞组织。据说澳大利亚土著人和玛雅人都使用蛆清洁伤口,19世纪60年代美国内战期间,军医也极大地肯定了蛆的积极作用。

很多仿生学领域的研究人员还在研究水蛭的神经元,他们通过控制水蛭的活动和心跳频率来寻找优化控制系统的线索,比如心脏起搏器。水蛭的心脏分为两个部分,其中一个是前后跳动,另一个是左右跳动。这两部分心脏大约每跳20次就会互换一下跳动方式。科学家们正在进行数学建模来了解并还原这种无缝转换技术。

另外,蚯蚓富含蛋白质和矿物质,世界上有90多个国家都在食用这种蠕虫。美国犹他大学的研究人员经过研究发现,人工合成了具有蛀船虫特性的胶黏剂,可使用这种胶黏剂治疗骨折,这种胶黏剂不仅高效无毒,还能生物降解。

除了蠕虫的黏合性,其蠕动方式也是一个研究领域。目前,英国雷丁大学的仿生学中心就在做这方面的研究。科学家期望通过研究蠕虫蠕动的方式,研发出一种可靠的人造肌肉。蠕虫的皮肤上有一层螺旋纤维,长度恰好跟蠕虫的体长一致,它的形状就像个由相互交错的线条做成的管道,正是这种纤维,能让蠕动的家伙不断变换身形,通过伸长和收缩身体的三维结构钻过泥土,所以它的效率在生物机械工程领域具有超凡的意义。

爬行动物的启示

低成本节水管快速反应机器人

地球上有近3800种蜥蜴。

当今世界,水资源变得越发稀缺,科学家们发现一种棘蜥可以从任何水源处获得水分,包括湿地、反重力的地方以及没有泵的水源地。

它是用毛细血管来吸取水分,然后通过皮肤上的细沟纹接至嘴里。他们模仿棘蜥,使用这种特性来为严重缺水地区的人们提供低成本的集水之道。

而壁虎进化出的一种特殊的皮肤,在任何表面上都能产生高效的胶黏剂,也在被很多大学和研究机构积极研究中。

包括美国国家科学基金会在俄亥俄州和佐治亚理工学院资助的研究项目,都在研究壁虎的这种反地心引力的能力——壁虎的脚趾上长满了管状毛,非常细小,每个脚趾上约有10亿条,长宽只有几纳米。每条小管状毛都受到范德华力的挤压,吸附到物体表面上,所以从壁虎身上着手研究黏性显得顺理成章。这个机制同时还具有自洁性,因此其市场价值巨大。

不过这种技术的产品还未全面推广,只是在无化学成分的医用绷带和医用胶上取得了一些进展。

变色龙会用具有黏性的舌头来抓捕臭虫,佳能公司的工程师亚丽克西斯·德布雷经过对此的研究,也仿造出了与变色龙舌头的加速抓捕能力相当的设备,最终希望能开发出具有极强可操作性的快速反应机器人,比如高速的苍蝇拍。

蜜蜂的启示

节能外窗、偏光导航

对环境和人类的福祉来说,蜜蜂的确起到了非常重要的作用。

亚历山大的帕波斯是公元三世纪时的几何学家和天文学家,正是他第一个找出了蜜蜂在六边形的蜂巢中储存蜂蜜的原因——这种形状可以用最小的空间,储存最多的蜂蜜。自那以后,养蜂人、数学家和工程师就开始全面地分析蜂巢。实践数据表明,要想使用最少的材料,填满或者说铺满一个既定表面时,六边形的效率是最高的。

Panelite公司是一家总部位于纽约的公司,该公司还仿照蜂巢的六边形结构,制造出了具有热绝缘效果的玻璃,还采取了中空的设计方式。这种玻璃的透亮无影设计能控制太阳射入建筑物中的热量,还不影响射进建筑物中的光照。它的视觉效果也很有趣,因为内部结构很独特,所以从室内看出去,像素会很虚,影像还会拉伸,这样就从视觉上改变了室外的景象。

MAD  Architects建筑公司在中国天津设计建造的中钢大厦,整面外窗都是蜂巢状,大厦能根据天气情况自动调节大楼内的光线和温度。在设计阳台时人们也受到蜂巢壁的启发,斯洛文尼亚伊佐拉港就采用了这种设计,并由此获得了创新奖。

还有,蜜蜂的眼睛能覆盖300度的视角,几乎是全方位视野。它们还有一种惊人的识别能力:能使用偏光。当它们从蜂房飞出来后,能够通过太阳的位置导航。蜜蜂拥有的一种光学里程仪,或称内部测距仪,在飞行时,也能通过追踪景观图像在它们眼前通过的速度来测量距离。瑞典隆德大学的玛丽·达克和澳大利亚昆士兰大学的曼戴亚姆·史利尼瓦桑,他们都致力于学习蜜蜂的特征,来优化全球定位系统和跟踪装置。

责任编辑:李继业(QF0004)