跟着动物学发明

董阳阳

大自然不仅为人类提供了生存必须的资源，有的时候还是向人类传授设计灵感的超级设计师和发明家。

苍蝇的复眼结构启发了人类，使人类发明了一次能拍摄1000多张高清晰照片的蝇眼照相机。防水自洁产品，来自于莲叶效应，这些莲叶表面具有微米级的突起细胞，细胞上又覆盖着一层纳米级的蜡状结晶，这些结构使得莲叶具有疏水性，出淤泥而不染。事实上，人们取材于生物的结构与功能的发明还有更多。

子弹头列车与翠鸟

1964年，在东京奥运会开幕前，日本推出了世界第一列子弹头列车，这是当时最快的列车之一，时速能达到210千米，当时欧洲火车的最快速度为每小时160千米，子弹头列车的成功运行，重新推动了世界各国修建高速铁路的兴趣。所以，今天高速铁路系统如此发达，还得感谢日本当年的这一发明。

然而，最初由于这辆列车发出的巨大噪音远超环境标准，招致大量日本居民投诉。当时车头是圆形的子弹头形状，当列车高速驶进狭窄的隧道后，车头周围的空气会“推挤”前方的空气，从而形成压力波。在火车驶出隧道的那一刻，压力波会撞击出口外的空气，发出一声巨大的轰鸣声，在隧道400米开外的地方都能听到这种噪音。

根据日本法律，居住用途区域附近的噪音不能超过75分贝，如果解决不了子弹头列车产生的噪音问题，列车只能在经过居民区时减速行驶，这显然非常不方便。然而，怎么解决呢？一种解决方案是改进隧道，但这项工程十分浩大，成本过于高昂。那么只有一种方法：改进车头。

当时设计子弹头列车的工程师也是鸟类观察员，他想到了翠鸟。翠鸟捕鱼时，会从阻力较小的空气中冲入阻力较大的水中，也会经历阻力的急剧变化，却只溅起很小的水花。奥秘就在于翠鸟拥有一个流线形的长长尖喙，越靠近脸部，喙越宽，这样水流可以顺畅地向后流动。

借鉴翠鸟喙的形状，研究者们重新设计了车头，并于1997年投入使用。实践证明，改进过的列车车速比起原有设计提升了10%，而电力消耗降低了15%，噪音水平也达到了75分贝的标准。

像鱼群一样“行驶”

在中国的高速路上，车速超过每小时100千米时，同车道的车就得保持100米以上的距离，而低于这一车速时，最小间距要保持在50米以上。然而，在大海中，高速行进的鱼群，可不需要这样。鱼儿们彼此挨得非常近，还会模仿周围鱼的动作，保持集体同步运动，它们怎么就不担心撞车呢？

这是因为鱼能凭借长测线器管察觉出周围水压的微小变化。这种线型的传感器非常灵敏，能够将环境变化信息，迅速传递到中枢神经系统，使鱼迅速反应。鱼的这项高超本领启发了日本科学家们，他们发明了叫做EPORO的机器人。

EPORO机器人用激光和无线电波测量彼此的距离，同时分享彼此之间的位置信息，能在近距离的高速行进过程中，不与其他机器人、环境中的障碍物发生碰撞，非常灵活。在未来，这项技术还有一个更大的用途——自动驾驶汽车。

全球每年死于交通事故的人数是130万，除了造成人员伤亡外，道路养护成本、保险索赔和应急救助服务还会花费数十亿美元，大多数交通事故是由于驾驶人操作不當所引起的。假如将EPORO机器人的这种技术运用到无人驾驶汽车上，红绿灯和路标将没有存在的必要，而交通事故和交通拥堵发生的概率也都将大大降低。

鲸鱼的鳍能“发电”

美国生物学家克·费什在波士顿的一家礼品店中，看到了一座座头鲸雕塑，让这位生物学家吃惊的是座头鲸雕塑的胸鳍。胸鳍是鱼鳍的一种，是鱼的游泳器官，相当于高等脊椎动物的前肢。大部分鲸鱼和其他鲸目动物的鳍肢，前缘都是平滑的，这种结构更符合空气动力学设计，因为物体表面越光滑，粒子摩擦会越小，越好通过。

然而，座头鲸的胸鳍却非常不同，其胸鳍长度达到6米，相当于身体长度的三分之一，在行进过程中发挥着至关重要的作用。在座头鲸的胸鳍上长着一些叫做结节的特殊凸块，并不光滑，这是为什么呢？

研究者通过反复测试，发现座头鲸凹凸不平的胸鳍其实可以有效减小阻力，帮助水分子快速通过。原因就在于鱼鳍前缘的结节创造了低压区域，导致水或者空气流过这个低压区域时，形成许多小漩涡，这种小漩涡既能减小阻力，也能给座头鲸提供更多浮力。

受此启发，研究者们发明了鲸鱼鳍叶片，运用于风力发动机。现在，虽然风力涡旋机遍布世界，为人类提供源源不断的风能，但问题也不少。首先其生产效率并不高，而且还会制造噪音污染，鸟类也会成为旋转叶片的受害者。而新型的风力涡轮机，涡旋叶片被改造成像座头鲸胸鳍一样隆起的结构，既能增加气流的流动效率，又能在强大的气流中更好地保持稳定性，减少噪音污染。

现在，费什还建造了一个“鲸鱼动力”工厂，正运用这个原理制造效能更高的船用方向舵、水轮机和直升机的旋翼。

蝴蝶启发了电子阅读

电子阅读器改变了大家的阅读方式。这些设备电力持久，存储量大，方便携带，人们不需要去图书馆，就能阅读海量书籍。然而，目前为止，大多数的电子阅读器还需要内嵌LCD灯发光，屏幕文字色彩单调，而且在耀眼的阳光下，往往没法阅读。

不过，现在这些问题已经迎刃而解。高通推出了一款显示屏，它不仅可以让你在阳光下阅读显示屏，并且屏幕色彩缤纷，能够充分还原画面的颜色。而研究者们的灵感来源正是蝴蝶。

我们知道蝴蝶的翅膀往往颜色绚烂，但这并不是因为它们翅膀上有色素，而是来自“结构色”。蝴蝶的翅膀鳞片中隐藏着一组纳米级的板状结构组合，这些板状结构互相之间严格按照一定间距有序排列，能改变光的波长，反射出不同颜色的光。高通这款显示屏的显示技术与蝴蝶翅膀上的鳞片结构相同，有两片相距非常近的反射薄膜，中间有很小的空隙。当光线入射后，两片薄膜间的反射会随着空隙大小不同，对不同波长的光线产生干涉。最后，只有特定波长的光才能被反射出，被人眼看到。比如，距离远的两片薄膜会产生红色，近一点会产生绿色，再远一点会产生蓝色，更近的话会是紫外线，对人眼来说是黑色。

由于能反射自然光，高通这款显示屏屏幕不仅颜色绚丽，而且不需要经常充电，能将液晶屏占整体设备耗电的比例从50%以上降为仅有6%左右。

壁虎的脚与胶粘剂

1968年，在美国3M公司工作的工程师史宾塞·席佛试图研发一种强力粘剂，最终他发明了一种粘性非常弱的粘合剂，这种粘合剂能重复粘贴，还不会留下痕迹。随后，另一位3M公司的工程师将这种粘合剂与纸条结合，第一个便利贴诞生。

然而，自此之后，粘合剂的技术并没有根本性的进步，如何将两件物品长久地黏在一起，对于人类来说依旧是个难以解答的谜题。不过，壁虎显然不会为这件事头疼，它们轻松地飞檐走壁，即便物体表面多么光滑，它们也能牢牢黏住。而奥秘就在于它们的脚底有几百万根次纳米级的细毛，能操纵负电子和正质子之间的引力，利用分子间作用力粘贴在物体表面。所以壁虎不用用力抓物体表面，并且脚一挪开，就能去除粘性。

现在，工程师们利用类似的工作原理，发明了一个可控的粘合剂。这个粘合剂由垂直排列的微小纳米管组成，末端还有无数弯曲交织在一起的纤维，能起到与壁虎刚毛相似的功能。其粘附性甚至超越了壁虎的脚，每平方厘米达到100牛顿，是壁虎足部粘性强度的10倍之多，而且也能轻易地从物体表面去除，能够重复使用。

现在这一技术主要用于小型零部件的粘贴，可以在没有人在场的情况下，实现由机器人进行的全自动化拼接，工厂将能因此降低成本。

在未来，还会有更多的类似发明，比如反重力靴子，能使人们像蜘蛛侠一样飞檐走壁。