靈感源於自然的十大創新技術:鯊魚皮泳衣上榜

2020-12-02 科學網

 

北京時間10月23日消息，據

msnbc.msn.com

網站報導，一直以來，科學家和工程師便從大自然身上獲得靈感，他們的很多發明創造無不要感謝大自然這位「恩師」。在本文中，我們專門為讀者列舉了靈感來源於大自然的十大創新技術，具體如下：

 

1. 模仿壁虎的超強粘合劑

 

看著壁虎快速穿過海濱小屋的牆壁，下榻在這裡的度假者眼中經常帶著一份驚奇。幾年前，科學家認識到壁虎足墊上數百萬個分叉的小剛毛所擁有的神奇力量，正是這種力量讓壁虎上演飛簷走壁的絕技。目前，科學家正在研製一系列模仿這種神奇力量的超強粘合劑，用以提高打造爬牆機器人、頭髮友好型繃帶的可能性。在將來的某一天，人們甚至可以憑藉採用這種技術的神奇手套，擁有和壁虎一樣飛簷走壁的本領。到時候，他們完全可以和這些四足動物好好較量一下。

 

2. 像海參一樣軟硬兼備的塑料

 

當受到驚嚇之後，身體柔軟的海參會分泌一種特殊化學物質，能夠在幾秒鐘之內將皮膚變硬，此時的皮膚如同一副鎧甲。這一軟硬兼備的本領為科學家提供了靈感，促使他們研製一種遇水之後即由硬變軟的塑料材料。這種正在研製中的材料可用於生物醫學移植，例如向大腦植入微電極。其它潛在應用可能在將來的某一天讓偉哥遭遇強手。

 

3. 提速武器——鯊魚皮泳衣

 

在2008年北京奧運會上，美國遊泳名將麥可·菲爾普斯(Michael Phelps)憑藉8枚金牌創造一項新的世界紀錄。能夠取得如此驕人的成績自然首先歸功於多年的刻苦訓練和令對手羨慕的天賦，但他所穿的Speedo泳衣可能也讓他擁有某種優勢，這種超級泳衣使用的材料模仿鯊魚皮的形狀和質地。

 

鯊魚皮表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周圍的水流更高效地流過進而實現快速遊動。2000年，Speedo開始將從鯊魚皮身上得到的靈感運用到泳衣的設計上。在北京奧運會的遊泳比賽中，有多達89%的金牌得主身穿第二代鯊魚泳衣Fastskin FZR Racer，其中就包括菲爾普斯。

 

4. 模仿投彈手甲蟲的噴射式噴霧機

 

投彈手甲蟲能夠利用噴射威力巨大的高溫有毒液體，驅除螞蟻、青蛙、鳥類以及其它敵人。高溫有毒液體實際上是一種化學混合物，來自投彈手甲蟲腹部的一個「燃燒室」，「燃燒室」的進出閥門可準確控制混合程度。圖中所展示的是英國利茲大學科學家研製的一個模仿投彈手甲蟲「投彈」的實驗性裝置，其噴射距離可達到13英尺(約合4米)。目前，他們正與一家為仿生學相關研究提供資金的公司合作，共同研製類似藥物吸入器和滅火器這樣的裝置。

 

5. 模仿海鷗的偵察機

 

美國佛羅裡達州大學工程師裡克·林德(Rick Lind)從海鷗身上得到啟發，研製出一種能在高層建築周圍尋找出路，同時又可猛撲向林蔭大道的遠程遙控偵察機，很多現代戰場正是由高層建築和林蔭大道構成。圖片中，林德手拿的就是基於海鷗可在「肩部」和「肘部」彎曲翅膀的這種能力設計的飛機原型。筆直的「肘部」在最大程度上提高穩定性；「肘部」以下部分則提高飛機在驟降、俯衝和翻滾時的靈活性。

 

6. 像荷葉一樣趕走汙垢的材料

 

荷葉是潔淨的一種象徵，水珠無法在其光滑的防水錶面停留，只好紛紛滾落；灰塵也以同樣的方式被荷葉趕走。荷葉的這種能力歸功於其表面的小突起，正是它們讓小水珠不具備堆積空間。最近幾年，科學家將這種設計應用於自清潔材料的研發上，例如服裝面料、窗戶以及用在高壓輸電線上的絕緣器。在這種利用電子顯微鏡拍攝的圖片中，我們能夠清楚地看到荷葉表面上的小突起。

 

7. 仿鳥設計為高鐵降噪

 

日本新幹線高速列車(俗稱子彈頭列車)是世界上速度最快的列車之一，每小時的行駛距離接近200英裡(約合321公裡)。除此之外，由於採用「取經」於貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設計，行駛過程也出奇地安靜。具體來說，貓頭鷹的羽毛呈鋸齒狀排列，允許它們悄無聲息地穿過夜空，高鐵與上方電線連接的裝置便採用這種鋸齒狀結構；列車的「鼻子」則與翠鳥的喙非常類似，這種形狀讓翠鳥從空中向水面俯衝時在最大程度上減少能量損失，用在高鐵上便可幫助列車在穿過隧道時不會產生低水平音爆。

 

8. 未來盔甲向魚取經

 

如圖片所示，在未來戰場上出現的士兵可能身穿一層與包裹非洲魚——塞內加爾多鰭魚，俗稱金恐龍魚——的「外衣」類似的盔甲，這種非洲魚的歷史已經有近1億年了。目前，美國陸軍已向麻省理工學院的工程師提供資金，揭開構成每個鱗片的多層材料如何排列進而保護這種遠古時代的魚免遭捕食者之口的秘密。研究人員在2008年夏季報告了他們的發現，並計劃將發現應用到結構材料研製上，例如為士兵開發盔甲。

 

9. 模擬白金龜外殼打造更亮白

 

「甲殼蟲」樂隊《白色專輯》的封面可能是所有專輯中亮度最高的，但與白金龜身披的鱗片相比，它的亮度只能是小巫見大巫。白金龜外殼上的鱗片厚度只有人頭髮的十分之一，亮度卻超過在自然界發現的絕大多數物質。科學家發現，每一個長而平的鱗片都擁有三維結構，能夠同時散射所有顏色的光，所以呈現出亮白色。通過模擬這種結構，工程師設計出從更亮的紙張到更白的牙齒等一系列新材料。

 

10. 盒子魚外形讓汽車更省油

 

克萊斯勒公司承認，生活在暗礁的兩棲動物盒子魚給人的第一印象，除了流線型身體和敏捷靈活的移動外就沒有什麼值得關注的了。但經過進一步觀察，這家汽車製造商的科學家和工程師最終改變了想法。他們將盒子魚符合空氣動力學原理的外形和堅硬的保護性皮膚結構應用到概念車的研製上。圖片中展示的汽車便是他們的研究成果，這種汽車擁有極高的穩定性和耐用性，並且非常省油。雖然這款概念車的生產型永遠不會問世，但克萊斯勒計劃將這款概念車的很多設計元素應用到未來汽車製造上。

 

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  • 鯊魚皮泳衣真的是鯊魚皮做的嗎?
    首先要說的是鯊魚皮泳衣並不是真正的鯊魚皮做的泳衣，而是通過特殊仿生材料，通過模仿鯊魚皮膚表面的構造來減小阻力，提高運動員效率的一種泳衣
  • 鯊魚皮泳衣真的是鯊魚皮做的嗎?鯊魚皮泳衣被禁的真相
    第二代鯊魚皮2004年FASTAKIN 2在第1代的基礎上，在面料的表面加上顆粒狀的小點，目的是減少30%的水阻，整體功能比第1代提升7.5%。2004年的雅典奧運會，獲得獎牌的運動員中有47人就是穿著這款泳衣登上領獎臺的。
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    但研究發現，即使是裸泳，阻力反而比穿泳衣大9%。1950年出現的尼龍泳衣，1976年出現的聚氨酯纖維泳衣，都有助於將身體繃緊成流線型，以減小水中阻力。但真正的突破是1998年英國運動員在大英國協運動會上首次使用的「鯊魚皮」泳衣。以特氟綸纖維製成的這種泳衣，表面模仿了鯊魚表皮成排的脊柱形小突起，能更有效地使身體周圍的水流走，減少阻力。
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