【工业之美】以自然为师 仿生动物改变了世界

仿生学的应用,就是从我们周边的生物身上找到它们古老的策略,转化到人们生活上的科技,突破现有的困境,并与自然永续共存。

 |  邓雅蔓
图片来源:视觉中国

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成群结队的鱼群可能拯救能源危机?飞鸟可以帮助海底勘探?水母可以在航空航天领域大展身手?看似毫无瓜葛的事情,是如何奇妙地联系起来的?答案就是仿生科技。

大自然中充满了动植物在漫长进化过程中产生的智慧

仿生的英文Bio-inspired前缀“Bio”来源于希腊文,意思是“生命”。顾名思义,这是一种仿效生物生命的科技。动植物在漫长的进化过程中获得了适合生存的能力,其中隐藏着我们难以想象的智慧和能量。

2014年,在台湾举办的国际仿生科技论坛上,成功大学材料系李旺龙教授定义了仿生学,“这是一门对大自然合法抄袭的学问。”他说。

国际仿生权威Janine Benyus则指出了仿生跟其他生物相关学科的最大区别:仿生采用的是生物的配方、做法,而不是直接或间接使用生物资源。仿生学的应用,就是从我们周边的生物身上找到它们古老的策略,转化到人们生活上的科技,突破现有的困境,并与自然永续共存。

仿生科技的应用

Janine Benyus还举了一个鱼群与风力发电联系的例子。在鱼群中,队伍前面的鱼摆尾向前游动时,身后的水会产生漩,后方的鱼儿就可借着这个漩,轻轻松松的跟上队伍,如果将这个原理应用在风力发电上,一般的风力发电机距离甚远,风电厂占地广大,由鱼群发想出的风电厂,利用直筒状的风电机,如鱼群紧密排列,前方风电机转动产生的气流就像鱼尾产生的漩,也吹动后方的风电机,这样可以节省空间,是更有效率的发电方法。

说起目前仿生科技的顶尖水平,就不得不提起德国费斯托(Festo)公司,这家以工业自动化和工业培训领域享誉世界的著名跨国企业,每年投入营业额的7%用于产品研发,拥有2900项世界级专利产品,一系列仿生动物机器人享誉全球。

仿生鸟SmartBird飞行状态
仿生鸟SmartBird飞行状态

SmartBird是由德国费斯托的科学家破解鸟的飞行原理而研制出一款机器鸟,和真正的鸟类一样,它可以自主地启动、飞翔和降落,还可以按照一定角度扭转,符合空气动力学原理。

仿生水母AquaJelly,图片来源:Festo官网、最黑科技 

AquaJelly则是一种模拟水母浮游行为的自控系统,由一个透明的半球和八根动力触须组成。中间是一个防水的激光烧结体,其中有一个中心电动马达、两个锂离子聚合物电池,还有可充电控制单元和用于防冲板的伺服马达。将在海底勘探和航空航天等领域有着光明的应用前景。

仿生蜻蜓BionicOpter

BionicOpter是第一个能够模拟直升机、有翼飞行器以及滑翔机飞行状态的机器人,尽管它设计极为复杂,用户还是可用智能手机轻松操控完成减速飞行、突然转向、甚至倒退飞行等复杂的飞行任务。

仿生袋鼠

仿生袋鼠几乎完全复制了袋鼠的弹跳功夫,仅需一小块电池与腿部的弹簧机构,袋鼠便能立刻活蹦乱跳起来。

随着科技进步,人们对材料的要求越来越高,但一般的材料在研究、生产过程中,往往需要大量的能量、伴随着污染的代价,而在伟大的造物主——大自然中,生物中有许多既硬且韧、人工无法匹敌的构造,却是由普通的蛋白质和矿物质,在常温常压下优雅地形成,而且废弃物或毒素的产出微乎其微。仿生科技给我们带来的种种环境效益,使得它的前景十分令人期待。

2009年,哈佛商业评论将生物仿生学(Biomimicry)列为“前20个最具突破性的商业创意”之一;2014年,富比士杂志将其誉为“前五个为企业带来成功的科技趋势”之一。

了解更多关于仿生科技的知识,请观看活灵活现的仿生袋鼠机器人视频: