盤點源自動物的設計發明

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據國外媒體報導，隨著科學科技的日新月異，人類科學技術似乎越來越脫離原始的大自然，但事實上並非如此，科學家的諸多重要科研成果與自然界中的動物習性有著密切聯繫。比如：模擬大象鼻子的機械手臂、利用蝙蝠聲吶導航系統研製的「超級藤杖」可幫助盲人行走等。以下是14款源自動物靈感的設計發明：

    人眼照相機

    人體的結構奇妙無比，單是一對眼睛的構造已經令人驚嘆，被譽為世間上最完美的天然設計。美國一位華裔大學教授黃永剛從人類的眼睛取得靈感，利用標準的感應物料，製造出全球第一部眼睛形狀的曲形攝影機。

    這部相機的外貌與現時常見的數碼相機有很大分別，因為它的形狀似足人眼，連體積大小也和人眼差不多，可以說是一個突破性的設計。乍眼看，它是一個有彈性的網狀球體，但裡面卻放滿感應器和探測器，形成一個網絡，以電子方式攝取影像。

    現在的數位相機拍照時，很多照片的中心影像十分清晰，但兩旁的景物較為模糊。這部人眼攝影機採用曲形設計，便可解決這個問題，使整幅照片都那麼清晰。


 

    像大象鼻子的機械手臂

    人們提及機器人技術，便與計算機應用聯繫在一起，但隨著計算機技術的不斷進化發展，機器人製造變得更加複雜，其靈活性更大。其靈活、易彎曲性賦予機器人技術更多的魅力，如圖所示，德國機械工程費斯托公司研製了一種「生物機電一體化」處理系統，外形非常像大象的鼻子，這種機械手臂可用於傳遞運輸較重的貨物，通過充氣和釋放「椎骨」中氣囊的氣體，可以膨脹和收縮。

    「蝙蝠」太陽能偵察機

    蝙蝠竟會成為美國新型軍事監控偵察裝置的設計靈感來源，美國軍方委託密歇根州大學工程系的科學家研製COM-BAT系統，投資0.1億美元、要求5年內研製出該系統。目前，這款「蝙蝠」太陽能偵察機全長15釐米，雙翼設計頗似蝙蝠的翅膀，偵察機前端透明結構是太陽能電池板，據稱，這款太空能偵察機僅使用1瓦功率便能獲取大量的偵察數據。

    鳥類頭骨可用於製造更輕、更堅固的建築材料

    建築師安德烈斯-哈里斯(Andres Harris)說：「通常來講，頭骨是一種具有獨特抵禦碰撞作用力的結構，同時，它非常輕，可保護動物身體最重要的頭部組織，其特徵和物理性能可應用於建築設計之中。」哈里斯曾從事動物骨骼研究，其中包括部分鳥類骨骼，他認為這些鳥類頭骨結構可用於設計高效能建築表面，尤其是較大的臨時性展出館，還可用於建造汽車的特殊材料。

    高鐵列車車頭設計源自翠鳥鳥喙

    翠鳥從空中俯身潛水不會濺起水花，主要得益於其獨特的鳥喙結構。日本工程師、鳥類研究員Eiji Nakatsu發現這一特徵可用於解決日本超高速列車的棘手問題，當日本超高速列車駛過隧道時會產生雷聲般隆隆巨響，列車前端高速行駛會形成一個風牆，不僅製造出巨響，還會導致列車行駛速度減緩。目前，採用翠鳥鳥喙設計的新型高速列車前端結構可節省20%以上的燃料。

    貓大腦靈感啟發設計智能計算機

    近年來，計算機的發展是日新月異，但即使是超級計算機仍無法像貓一樣能識別人類的面孔。美國芝加哥州大學決定研究貓的大腦，從而研製出一種智能計算機。該設計理念是基於當前計算機系統線性執行代碼，而與哺乳動物大腦系統相反。該大學的計算機工程師盧衛正在研製一種環形原件，其作用相當於生物突觸，該結構能夠記憶此前穿過的電伏數，該方法非常類似於貓大腦的記憶和識別能力。為什麼要模擬貓的大腦呢？盧衛稱，貓的大腦比人類大腦更加簡單，更易實現模擬目標。

    蝙蝠聲吶導航系統可幫助盲人行走

    沒有任何較酷的字眼來形容這一設計——「超級藤杖」，其設計原理源自蝙蝠能夠使用超聲波回聲「看透」黑暗中的物體，從而揭示障礙物的具體位置。超級藤杖可以警告盲人道路中遇到的障礙物，同時，超級藤杖上還裝有許多傳感器，能夠探測到頭部高度的「危險物體」。

    無線芯片模擬人耳

    無線芯片裝置比任何射電頻率光譜分析器速度都快，同時，它僅需要較少的功率維持運行。它是如何實現的呢？這一設計原理源自人類的耳朵，美國麻省理工學院研究人員發現耳蝸能夠轉變聲波成為電信號，並發送至大腦。這種聲波形成內耳中的機械波，可以觸發微小的毛髮細胞促進電信號。美國麻省理工學院的Rahul Sarpeshkar使用這一設計原理應用於一款人造耳蝸無線芯片中，這個無線裝置能夠接聽手機、接收互聯網數據、無線電和電視信號。

    模擬鳥類的「機器雨燕」偵察機

    一種模擬雨燕似的機器鳥──機器雨燕(RoboSwift)證實其可變形的羽毛翅膀的飛翔能力不同凡響——它能像普通雨燕那樣改變翅膀的形狀，高速靈活地飛行。機器雨燕翼展達51釐米，重量不超過80克，攜帶3個微型攝像機，可以讓它成為翱翔天空的空中間諜。

    此外，其電子馬達可以驅動它跟隨一群真鳥飛行20分鐘，在不打擾野鳥的情況下對野鳥進行科學觀察；或盤旋在人群或車輛上方，為政府和司法部門執行一個小時的對地偵察。

    據悉，荷蘭代爾夫特大學的工程系學生和荷蘭瓦格寧根大學的科學家一同設計開發機器雨燕。像雨燕一樣，此機器雨燕也能調整它的羽毛，雖然它的每一個翅膀上只有 4片羽毛，但通過摺疊和前後移動翅膀上的羽毛，此微型飛行器也能改變其翅膀的形狀，從而使其暴露在空中的表面減少，達到減小空氣阻力的目的。這種羽毛調整使機器雨燕飛行效率勝過固定翅膀的飛行器，成為更加敏捷的飛行器。

    靈感來源於壁虎腳趾的機械壁虎

    美國斯坦福大學機械工程師用一種新型黏合劑，給機器人裝上仿生壁虎腳，讓它們飛簷走壁如履平地。

    該大學研究設計中心副主任、機械工程教授馬克-卡特科斯基領導的研究小組和美國其他大學合作，經過研究壁虎腳趾的構造，歷時5年製造出一種黏腳機器人——Stickybot，其能在光滑的玻璃牆壁上行走自如。

    壁虎腳趾包含很多學問，堪稱一種乾性黏合劑。壁虎腳趾上有數百個拍狀突起，稱為皮瓣，每個皮瓣上都生有數百萬剛毛，比人的頭髮要細10倍。在顯微鏡下面，能看到每一個剛毛末端又分成數百個直徑只有幾百納米的更細的鏟狀絲，稱為鏟狀匙突(spatulae)，能和攀爬物表面的分子發生引力作用。

    壁虎腳趾上細絲和牆壁分子引力之間的這種相互作用稱為範德華力，這種引力能使它在玻璃上僅用一個腳趾就支撐起全部身體重量。卡特科斯基稱，這種「黏合劑」還是單向的，只有向一個方向拉時，才能黏緊，而從另一個方向，則很容易取下來。

    研究小組用微型模具製出一種類似橡膠的多聚材料微絲，做成黏合劑塗層，塗在為Stickybot專門製作的四隻腳上。Stickybot的每隻腳約有一個孩子的手掌大小，它在牆壁上爬時就會很穩定，還能輕鬆地黏附或提起它的腳，就像一隻機器蜥蜴。最新型黏合劑仿照壁虎腳趾上的皮瓣和剛毛包含兩層系統，比首批產品的黏合微絲更細，且只有20微米寬，是人頭髮的1/5，負荷量也大大提高。Stickybot因此能在豎直的木板、塗漆金屬和玻璃上行走自如。

    卡特科斯基指出，因為黏合劑是單向作用的，Stickybot還需要旋轉腳，我們準備給它安裝一個像壁虎那樣的旋轉關節。當向下爬或者在牆壁上頭衝下，Stickybot的後腳，必然是扭向後的，否則它會掉下來。

    基於鹿角原理建造超硬材料

    什麼原因使鹿角具有超級堅硬的特性？英國約克大學的科學家還不確定鹿角中的水分如何影響其強度，他們研究成年雄鹿開始決鬥前的鹿角切口，此時的鹿角應當是最堅硬的。

    同時，他們還發現這一時期的鹿角感覺乾燥。通常不易彎曲的材料更容易折斷，但是鹿角卻比濕潤的骨骼堅硬2.4倍，通過這項研究，研究人員能夠揭開一項工程學之謎：如何製造材料，使其兼具硬度和韌性。基於鹿角製造的特殊材料很可能成為一種非常持久耐用的工業基礎性材料。

    基於人類牙齒結構設計獨特航空材料

    人類的牙齒僅有玻璃的強度，但如何能承受一生中咀嚼各種堅硬食物的呢？

    以色列特拉維夫大學的研究人員檢測了數千顆人類牙齒，並在高壓下進行測試，結果顯示人類牙齒這種奇特的結構出現非常細的裂隙，而不是出現較大的裂縫。隨著時間的推移，受壓力作用後出現的裂隙能夠逐漸癒合。

    如果工程師找到複製這種「波紋裂隙」的方法，採用多層結構製造一種合成材料，可形成更輕、更佳碰撞抵禦性的航空材料。

    壁虎眼睛帶來新型隱形眼鏡設計理念

    對壁虎的深入瞭解將帶給科學家更多的驚喜，科學家發現壁虎眼睛具有一系列截然不同的同軸區，使它們儘可能地在夜晚看到色彩，這種能力在其它物種中並不多見。

    壁虎眼睛同軸區具有不同的折射能力，使壁虎具有一種多共焦視覺系統，可使不同波長的光線同時聚焦在視網膜上。這將使壁虎的視覺比人類眼睛敏感300倍，並且它們的眼睛可以不同的間距聚焦物體。

    基於這項研究，研究人員可研製更有效的照相機，和超焦距隱形眼鏡。

    藍色知更鳥羽毛顏色製造新一代光學材料

    雄性東方藍色知更鳥的羽毛色彩非常美麗，但看上去並不像天然色素，實際上是羽毛納米結構所獨特呈現的，這一特徵在啤酒泡沫中也存在。

    從本質上，啤酒泡沫是一種「分離階段」，不同的物質變得不穩定和彼此間相隔離。這種獨特的光學結構，看上去就如同顯微鏡下帶有氣泡的海綿。

    科學家認為這一原理可用於建造新一代光學材料。