有哪些有趣的仿生學黑科技?

2020-12-03 騰訊網

只要能在自然界找到生物原型的發明或設計就是仿生的嗎？生活裡有很多物品都能找到與生物相似之處，後擺開衩的燕尾服、廚房裡的鵝頸水龍頭、小豬造型的存錢罐、甚至《龍珠》裡龜仙人的龜殼。

實際上這些都只是與生物外形存在一定的相似性，並沒有研究後啟發的邏輯關係，最多只能算一種模仿設計。真正的仿生學發明反而不一定在外形上有什麼相似之處，但內在的原理以及解決問題的思路是一致的。

那麼什麼樣的發明才算得上是真正的仿生呢？當然是要遵從發現、研究、啟發、設計這樣的邏輯。今天地鐵的地下隧道橫行整個城市，但是在200年前，泰晤士河的河底隧道卻讓英國人吃了不少苦頭，難題最後被一種仿生設計的機械設備攻克。

當年英國的倫敦港是世界上最繁忙的港口，但貨物過河只能通過狹窄的倫敦橋，非常的擁堵於是就有人打起了水下隧道的主意。

1880年倫敦橋的擁堵情況，來往兩岸的幾乎全是拉貨的車

然而泰晤士河的情況非常糟糕，河底有非常厚的透水砂礫、牡蠣殼等，這也就意味著要保證隧道的安全就得往更深處打，可是越深壓力也越大，就會有坍塌的危險。此前的工程多半都因為滲水或坍塌宣告終止。

法國人布魯內爾曾經為皇家海軍工作，在造船廠裡他仔細觀察了船蛆這種神奇的動物。船蛆雖然長得很像一條蟲子，但是它是一種雙殼綱的軟體動物，算是一種貝類。它的兩片貝殼在頭部，在遇到危險的時候會用來堵住洞口。布魯內爾發現船蛆不僅僅會挖洞破壞木材，還會分泌出一種物質在木頭洞壁上形成鈣質的保護殼防治木頭膨脹擠壓，於是便構思出了盾構機。

盾構機的創新之處在於它能夠在向前掘進的同時保護工作面不發生坍塌，大大提高了隧道施工過程中的安全。我們可以把盾構機想像成一個底部開了大孔的杯子，把杯底朝前塞進隧道裡，工人就在杯子內部通過那些大孔施工，掘進的同時工人在後方修建永久性的支撐結構，一邊挖一邊修，幾乎跟船蛆一樣。直到今天盾構法依然是隧道工程中的主流方法之一。

另一個與隧道相關仿生學設計也非常有趣。

日本新幹線技術開發部門的從鳥類身上尋找靈感，解決列車高速行駛的噪音難題。列車在隧道中高速行駛，車頭推著前方的空氣走，空氣積聚的能量在隧道口釋放，產生巨大的音爆。

於是工程師模仿翠鳥的喙設計了全新的車頭。翠鳥常常從空中高速俯衝入水捕魚。它們的喙為了儘可能減少入水瞬間濺起的水花，進化成了細長的流線型。全新的仿生設計替換了原來的「子彈頭」，不再擠壓空氣，而是排開空氣，減輕了出隧道所產生的音爆。

仿生的設計讓新幹線列車的空氣阻力降低了30%，速度提高了10%，同時能耗還減低了15%，在高速列車第一次以300公裡每小時的速度運營。

所以我們可以發現，真正的仿生學設計一定是受到生物啟發，探究原理進而提取核心在指導創新發明和改進，發明與原型之間存在很強的內在聯繫，而並不一定會體現在外形外觀上。

當然，有些耳熟能詳的技術也是實打實的仿生學發明。

「出淤泥而不染」是專屬於荷花的形容，不論中外，人們很早就注意到荷葉滴水不沾的奇特屬性，但是無論大家如何讚美歌頌，都沒辦法知道這是為什麼，直到1970年代掃描電子顯微鏡（SEM）出現，德國植物學家巴特洛特才使用這項技術觀察到了荷葉微觀結構。

荷葉的表面具有兩級微納米結構，分別是微米級別的乳突和納米級別的蠟質絨毛。我們可以用自然地貌來形象的理解荷葉的表面結構，大小在5-9微米的乳突就像是地表上一個個小山丘，山丘上又有稍微尖瘦一些的峰巒，所有山丘峰巒上都長滿了參天的大樹，這些大樹就是大小在200納米左右的蠟質絨毛。

這樣的複合結構託起了滴落在荷葉表面的所有液體，等於在荷葉與水之間填充了納米級的空氣。水就會傾向於聚成液滴，而不是散開成一灘，被稱為「荷葉效應」。

除此之外，荷葉的這種疏水性還帶來了一個很重要的特性——自清潔效應。水滴在重力的作用下滑動，滑動的過程中就會將塵埃一併帶走。所以荷葉不僅僅是滴水不沾，也幾乎是一塵不染的。

這種優異的特性是各個領域都夢寐以求的，誰不想有一個防水還乾淨的表面呢？試想一下，一件正常的衣服，不使用特殊的面料也不採用奇特的設計，只是對它的表面做一些處理就能獲得防水自清潔的能力，豈不美哉？

曾經最主流的一類是C8防水劑，碳鏈含有8個碳原子，碳鏈越長含氟化物就越多，防水性能就越好。這種有機物附著在織物的表面形成類似於荷葉表面蠟質絨毛的結構，讓液體難以滲入面料內部。

但是在這種C8防水劑大量應用後，人們發現它存在環保和健康隱患。C8防水劑的生產原料PFOA與PFOS對人體和動物有害，在環境中很難降解，容易在體內堆積危害健康。並且使用了C8防水劑的織物也會在受熱、浸泡、暴曬的情況下也會釋放出PFOA與PFOS。

氟碳防水劑荷葉效應的原理

於是一場材料革命到來，各大化工企業都在努力研發符合環保要求的防水技術。國內外很多運動戶外服裝品牌也都承諾努力實現有害化學物質零排放的目標。

除了環境問題，面料對人體的安全性也是非常重要的方面。安踏兒童是國內較早發布無氟防水科技的品牌，並且率先在安全性要求更高的兒童產品上應用，因為靈感來源於荷葉，取名荷雨翼科技。應用了無氟的 Teflon EcoElite 布料防護科技，獲得了美國農業部生物基產品認證，並符合 bluesign 國際藍標嚴格的生態和毒理學標準，解決了家長們關心的安全問題。

而這款安踏兒童黑豹聯名系列荷雨翼防水科技外套，不僅有漫威超級英雄黑豹的凌厲設計元素，更有防水透氣且安全的荷雨翼技術以及全拉鏈面罩加持，輕盈舒適。給孩子多一層防護，讓他自信地喊出「瓦坎達Forever！」，感受科技的力量。

敏捷的身姿也少不了腳上的科技，安踏兒童的黑豹聯名系列「豹發裝備」當然少不了跑鞋。如今的跑鞋市場都在成人款式上堆科技，其實孩子更需要科技的保護。

這雙A-PROOO蓄力膠囊2.0跑鞋，新升級全掌大面積氣囊，兼具緩震與回彈，舒適的同時多一層防護。它還搭載了habu快速系帶旋鈕系統，方便孩子隨時隨地快速穿脫！

如今的運動產品越來越注重科技，也讓我們運動的門檻越來越低，體驗越來越舒適。企業對科技的不斷研發一定是讓行業走向良性發展的，不止步的不僅是技術本身，也是消費者的體驗。

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