跟著動物學發明

董陽陽

蒼蠅的復眼結構啟發了人類，使人類發明了一次能拍攝1 000多張高清晰照片的蠅眼照相機。防水自潔產品，來自于蓮葉效應，這些蓮葉表面具有微米級的突起細胞，細胞上又覆蓋著一層納米級的蠟狀結晶，這些結構使得蓮葉具有疏水性，出淤泥而不染。事實上，人們取材于生物的結構與功能的發明還有很多。

子彈頭列車與翠鳥

1964年，在東京奧運會開幕前，日本推出了世界第一列子彈頭列車，這是當時最快的列車之一，時速能達到210千米，當時歐洲火車的最快速度為每小時160千米，子彈頭列車的成功運行，重新推動了世界各國修建高速鐵路的熱情。然而，最初由于這輛列車發出的巨大噪音遠超環境標準，招致大量日本居民投訴。當時車頭是圓形的子彈頭形狀，當列車高速駛進狹窄的隧道后，車頭周圍的空氣會“推擠”前方的空氣，從而形成壓力波。在火車駛出隧道的那一刻，壓力波會撞擊出口外的空氣，發出一聲巨大的轟鳴聲，在隧道400米開外的地方都能聽到這種噪音。

根據日本法律，居住用途區域附近的噪音不能超過75分貝，如果解決不了子彈頭列車產生的噪音問題，列車只能在經過居民區時減速行駛，這顯然非常不方便。然而，怎么解決呢？一種解決方案是改進隧道，但這項工程十分浩大，成本過于高昂。那么只有一種方法：改進車頭。

當時設計子彈頭列車的工程師也是鳥類觀察員，他想到了翠鳥。翠鳥捕魚時，會從阻力較小的空氣中沖入阻力較大的水中，也會經歷阻力的急劇變化，卻只濺起很小的水花。奧秘就在于翠鳥擁有一個流線形的長長尖喙，越靠近臉部，喙越寬，這樣水流可以順暢地向后流動。

借鑒翠鳥喙的形狀，研究者們重新設計了車頭，并于1997年投入使用。實踐證明，改進過的列車車速比起原有設計提升了10%，而電力消耗降低了15%，噪音水平也達到了75分貝的標準。

鯨魚的鰭能“發電”

美國生物學家克·費什在波士頓的一家禮品店中，看到了一座座頭鯨雕塑，讓這位生物學家吃驚的是座頭鯨雕塑的胸鰭。胸鰭是魚鰭的一種，是魚的游泳器官，相當于高等脊椎動物的前肢。大部分鯨魚和其他鯨目動物的鰭肢，前緣都是平滑的，這種結構更符合空氣動力學設計，因為物體表面越光滑，粒子摩擦會越小，越好通過。

然而，座頭鯨的胸鰭卻非常不同，其胸鰭長度達到6米，相當于身體長度的1/3，在行進過程中發揮著至關重要的作用。在座頭鯨的胸鰭上長著一些叫做結節的特殊凸塊，并不光滑，這是為什么呢？

研究者通過反復測試，發現座頭鯨凹凸不平的胸鰭其實可以有效減小阻力，幫助水分子快速通過。原因就在于魚鰭前緣的結節創造了低壓區域，導致水或者空氣流過這個低壓區域時，形成許多小漩渦，這種小漩渦既能減小阻力，也能給座頭鯨提供更多浮力。

受此啟發，研究者們發明了鯨魚鰭葉片，運用于風力發動機。現在，雖然風力渦旋機遍布世界，為人類提供了源源不斷的風能，但問題也不少。首先其生產效率并不高，而且還會制造噪音污染，鳥類也會成為旋轉葉片的受害者。而新型風力渦輪機的渦旋葉片被改造成像座頭鯨胸鰭一樣隆起的結構，既能增加氣流的流動效率，又能在強大的氣流中更好地保持穩定性，減少噪音污染。

蝴蝶啟發了電子閱讀

電子閱讀器改變了大家的閱讀方式。這些設備電力持久，存儲量大，方便攜帶，人們不需要去圖書館，就能閱讀海量書籍。然而，目前為止，大多數的電子閱讀器還需要內嵌LC D燈發光，屏幕文字色彩單調，而且在耀眼的陽光下，往往沒法閱讀。

不過，現在這些問題已經迎刃而解。高通推出了一款顯示屏，它不僅可以讓你在陽光下閱讀顯示屏，并且屏幕色彩繽紛，能夠充分還原畫面的顏色，而研究者們的靈感來源正是蝴蝶。

我們知道蝴蝶的翅膀往往顏色絢爛，但這并不是因為它們翅膀上有色素，而是來自“結構色”。蝴蝶的翅膀鱗片中隱藏著一組納米級的板狀結構組合，這些板狀結構互相之間嚴格按照一定間距有序排列，能改變光的波長，反射出不同顏色的光。高通這款顯示屏的顯示技術與蝴蝶翅膀上的鱗片結構相同，有兩片相距非常近的反射薄膜，中間有很小的空隙。當光線入射后，兩片薄膜間的反射會隨著空隙大小不同，對不同波長的光線產生干涉。最后，只有特定波長的光才能被反射出，被人眼看到。比如，距離遠的兩片薄膜會產生紅色，近一點會產生綠色，再遠一點會產生藍色，更近的話會是紫外線，對人眼來說是黑色。

由于能反射自然光，高通這款顯示屏屏幕不僅顏色絢麗，而且不需要經常充電，能將液晶屏占整體設備耗電的比例從50%以上降到6%左右。

壁虎的腳與膠粘劑

1968年，在美國3M公司工作的工程師史賓塞·席佛試圖研發一種強力粘劑，最終他發明了一種黏性非常弱的黏合劑，這種黏合劑能重復粘貼，還不會留下痕跡。隨后，另一位3M公司的工程師將這種黏合劑與紙條結合，第一個便利貼誕生。

然而，自此之后，黏合劑的技術并沒有根本性的進步，如何將兩件物品長久地黏在一起，對于人類來說依舊是個難以解答的謎題。不過，壁虎顯然不會為這件事頭疼，它們輕松地飛檐走壁，即便物體表面多么光滑，它們也能牢牢黏住。而奧秘就在于它們的腳底有幾百萬根次納米級的細毛，能操縱負電子和正質子之間的引力，利用分子間作用力貼在物體表面。所以壁虎不用用力抓物體表面，并且腳一挪開，就能去除黏性。

現在，工程師們利用類似的工作原理，發明了一個可控的黏合劑。這個黏合劑由垂直排列的微小納米管組成，末端還有無數彎曲交織在一起的纖維，能起到與壁虎剛毛相似的功能。其黏附性甚至超越了壁虎的腳，每平方厘米達到100牛頓，是壁虎足部黏性強度的10倍之多，而且也能輕易地從物體表面去除，能夠重復使用。

在未來，還會有更多的類似發明，比如反重力靴子，能使人們像蜘蛛俠一樣飛檐走壁。endprint