當前位置:上海卡努生物科技有限公司>>公司動態>>以昆蟲為靈感的4種仿生技術
你大概想不到誰才是當今工程師們的新繆斯女神——蝴蝶、蜘蛛、跳蚤……不、不,這可不是中世紀巫師在搜集煉制湯劑的配方,而是如今方興未艾的昆蟲仿生學技術——昆蟲們在身體結構、器官屬性等方面所表現出的精巧與實用,已經吸引了越來越多研究者的關注與投入。日前,美國《發現》雜志在線版一篇文章列舉出4種新技術,并意圖向人們展示:無論是不需要光源也能清晰成像的技術,還是在沙漠戈壁中尋找水源的方法,一場由蟲子們引發的仿生學革命,正在進行中。
晶狀體呈色的蝴蝶翅膀
應用:無需光源的節能顯示屏
大部分蝴蝶的翅膀以及孔雀等一些鳥類的翅膀,都擁有絢麗鮮亮的色彩。不過,這種美麗的外表,并不是源自它們的身體上自帶怎樣的顏料物質,而是得益于如棱鏡一樣的晶狀體表面結構。簡單地說,就是這種*的結構,能夠將陽光色散為多種單色光,然后被人類等觀察者的眼睛所捕獲。其原理與雨后經常會出現的彩虹一樣。
蝴蝶之翼的神奇,給的移動通訊技術研發公司高通帶來了靈感。他們將這種巧妙結構應用到向日葵、IMOD等旗下電子產品之上。借助一組微觀顯示結構的技術,高通的電子閱讀器能夠在陽光下產生出與蝴蝶翅膀一樣的絢麗光彩。
而更為重要的是,這種被稱作干涉儀調節器顯示的技術,僅需借助周遭環境內的光源,不需要產品本身再加裝任何額外的背景光源。這不僅*解決了傳統顯示屏一遇到強烈日光就“見光死”的尷尬問題,更能夠節約90%的電源消耗。這種價值無疑是巨大而具有深遠影響的——當前一臺等離子電視的能耗一般為400瓦,使用該技術之后則只需原來的十分之一。可以想象,一旦該技術被推廣到手機等所有的電子產品領域,將會產生多大的綠色效益。
反射紫外線的蜘蛛網
應用:減少鳥類撞擊事件的玻璃
很少有人會想到,玻璃竟然是一名“惡貫滿盈”的鳥類殺手。據統計,每年大約有1億多只鳥死于與摩天大樓等高層建筑玻璃窗戶或外墻的碰撞。
不過令科學家感興趣的是,雖然躲不過人類制造的無形殺手,但鳥類幾乎從未在蜘蛛網這種動物界的陷阱中吃過虧。原因就在于它們能夠感知到蜘蛛網反射出的紫外線。蜘蛛為什么要主動警示鳥類?答案顯然不是無心之錯。科學家們猜測網的主人之所以拒絕看似豐厚的獵物,一來在于鳥類的體積顯然大大超過了自己胃口的承受能力,二是它們對于網的破壞實在太大,修補起來不是輕松的事情。
人類希望與蜘蛛的智慧相比,自己能更高*(但在織網這事上還真說不定)。鳥類學家和工程師就在蜘蛛網中獲得了靈感,并將它運用到一種建筑玻璃中來。德國格拉斯維克·阿諾德公司是一家大型跨國企業,專業生產真空隔熱玻璃、陽光控膜玻璃和建筑玻璃表面等產品。在自己的產品中,阿諾德公司加入了一層類似蜘蛛網的紫外線反射結構,可以幫助鳥類在飛行中識別出玻璃這種不可穿越的障礙,從而及時做出規避。
設計師與鳥類學機構在鳥類經常飛行的地方所進行的實驗,充分地證明這款玻璃在保護鳥類方面的有效性。應用結果顯示,鳥類撞擊事件因為新型玻璃的使用而下降了75%。
沙漠甲蟲的尋水秘籍
應用:干旱區集水儲水設備
對于沙漠地區的生命來說,尋找水源是生存的*法則。生活在納米比亞沙漠中的擬步甲蟲就是其中的高手之一。
作為地球上zui炎熱、zui干燥的地區之一,納米比亞沙漠從不下雨,但是一年之中有6個月的時間,從大西洋偶發的強風陣陣,會為該地帶來霧氣,這些霧氣就成為擬步甲蟲賴以生存的水源。
這種蟲子的外殼上有一層僅有人類頭發一半厚度的凸起物,并且覆蓋著一種蠟狀的憎水物質。每天清晨,擬步甲蟲都會將自己的屁股高高撅起,數分鐘之后露珠便會在上面形成,隨后流經背部的憎水層,落入它的口中。對于這種體型只有2毫米到35毫米大小的蟲子來說,這些水分足以滿足需要。
擬步甲蟲的故事給予人們的啟示在于:再惡劣的環境,總還是為生命保留了一絲希望;人類要改善自身的生活環境,應當多向大自然學習。這種極地生存的技巧,就被設計師基塔·帕克所看中。
他借此發明了一種成功的仿生設備。該設備由不銹鋼制成,有著甲蟲外殼般的造型,能夠地收集清晨露水,并將其儲存到下方的圓形儲水盒中。這些水完夠保證沙漠地區人們的生存所需。
跳蚤的彈跳天賦
應用:超級高彈橡膠
早在1920年代,英語國家的人們就已經開始使用“蜜蜂的膝蓋”來形容某種事物的出色。如今,澳大利亞聯邦科學與工業研究組織通過研究證明,與蜜蜂相比,跳蚤的膝蓋同樣,甚至遠超前者。
目前,該組織已經生產出一種彈性高達98%的橡膠。而其中的秘訣就來源于對跳蚤,或者確切地說,跳蚤關節中節肢彈性蛋白的研究。節肢彈性蛋白的作用很像一種彈簧。當遭受外來力量的時候,它先將其吸收,然后再把儲存的力道在受力消失時釋放。
據報道,該組織的生物化學家為了人工合成節肢彈性蛋白,首先從果蠅體內分離出控制節肢彈性蛋白產生的一個基因片段,然后將其插入大腸桿菌中,經過處理的大腸桿菌能夠產生一種節肢彈性蛋白的前體。隨后,他們將這種蛋白和釕催化劑混合在一起,并用強烈的白光照射,促使節肢彈性蛋白前體中的氨基酸分子以特定形式緊密結合在一起,成功使混合物變成了固體。這種人工合成的材料和節肢彈性蛋白一樣具有*彈性。
而與節肢彈性蛋白的這種效用相比,無論是人工橡膠還是天然橡膠,都無法與之相提并論。跳蚤就是的例證。借助關節中節肢彈性蛋白組成的襯墊,跳蚤可以輕松一躍,到達身體長度100倍的高度(換作人類,這個數字將是600倍!)。
節肢彈性蛋白是目前zui的彈性蛋白已經毫無疑問。問題在于人類怎樣才能更好地實現它那廣闊的應用前景。從提高*的響應速率,到優化運動鞋的彈性度,這種神奇材料所能做的事情,還有太多太多。
來源:科技日報
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