工业设计新突破:生物仿生从大自然中寻找灵感
时间:2006-10-31 21:23 来源:未知 作者:未知 点击:次
对工业设计界进行调查,你就能看到来自自然的翻版:一款梅塞德斯奔驰的汽车酷似热带箱鱼的外形,电脑的风扇像贝壳,或者类似白蚁堆的通风孔。但这些并非游戏之作,科学家将其称为“生物仿生”(biomimicry),即灵感源自自然的人工设计。 尽管生物仿生还不够流行,但它已成为企业与高校研发实验室中快速发展的一门学问。一些人认为,它可能帮助解决全球能源问题,减少浪费,提高能源的可持续性利用。Benyus在加州大学哈斯商学院表示:“现在无疑是生物仿生世界的春天,其中一个原因便是我们准备倾听自然界的创意。” Benyus举例说,“第七代”清洁用品公司最近找到她,寻求自然清洁的解决之道。德国科学家Wilhelm Barthlott提出了荷花效应:荷叶表面的微型凸起让雨水形成球状,并带走表面脏物,保持清洁与干燥。这种微型结构已成为油漆和清洁家具的创意灵感。Benyus说:“当我们谈起清洁公司,很难想象它不能没有清洁剂。生物仿生真的可以改变我们对自然世界的感知。” 生物仿生的创意似乎无穷无尽,如仿照树叶设计的太阳能蓄电池、源自壁虎腿的防滑表面、借鉴鬼蟹的矿井搜索与救援机器人。去年,戴姆勒克莱斯勒展示了一款基于热带箱鱼设计的概念车,箱鱼的外形符合空气动力学原理,能节约能耗。 众多高校从事生物仿生研究,包括麻省理工、伯克利大学以及新墨西哥大学。伯克利大学的“Ciber”生物仿生研究中心相当出名,主任Robert Full表示,该中心的研究覆盖24个学科,横跨机械工程、心理学、生物与生物工程学等系。研究人员正在研究“妖艳吉丁虫”灵敏的红外线感知功能:为了找到刚烧焦的树木产卵,这种甲虫的感应器能感知50公里以外的热流。美国军方的红外线感应器需在极冷温度下才能使用,而妖艳吉丁虫可在常温下完成。伯克利科学家正在仿制这种感应器。他们还根据壁虎的抗重力腿部结构发明了微型纤维,能在近乎垂直的表面吸附物体。 Benyus说,生物仿生能模仿生物的外形、功能方式及生态环境。生物仿生学上的新发现可在其他领域发挥大用处。例如,MR3医疗研究系统公司的Irving DeVoe博士在研究病菌性脑膜炎后发现,病菌可清除铁物质。他重新建立系统模仿这一流程,轻松吸走特定金属物质,为废水处理或垃圾掩埋提供了新途径。澳大利亚科学家正在调查哪些生物能对抗细菌生长,发现一种红海藻释放的分子可阻止细菌在其表面生长,这一发现可用于船只油漆和隐形眼镜清洁。 Benyus表示,生物仿生最难、最重要的领域是研究自然生态系统如何维持自身。许多科学家从事这方面研究,如亚利桑那州立大学的Tom Moore正在研制模仿树叶光合作用的太阳能电池。哈佛大学的Sheila Kennedy是“KVA MATx”便携光源项目成员,该项目将太阳能电池缝合进纺织原料中,白天搜集太阳能,夜间提供照明。通过研究海藻和金枪鱼,“生物电系统”公司在寻找新能源方面有重大发现,计划2009年推出产品。还有研究人员试图处理已释放到大气中的二氧化碳,新墨西哥公司想到用石灰石,而“Novomer”公司希望将二氧化碳转化为碳基聚合物。 生物仿生还可降低建筑物能耗。目前,世界上50%的二氧化碳由建筑物释放,汽车为25%,因此建筑物节能成为焦点。美国建筑师学会制定了“2030年挑战”协议,规定美国新城市建筑物的二氧化碳排放量必须比现有水平降低一半,到2030年所有新建或改建建筑物必须达标。津巴布韦一栋建筑采用了这一规范,没有空调或暖气,其通风孔很像当地白蚁堆的通风孔,同等规模建筑要多消耗90%以上的能源。麻省理工大学和Qinetiq公司正在开发无水泵的集水箱,传统水泵系统耗费大量电力。科学家从本地一种甲虫那里找到希望,这种甲虫可在沙漠中搜集雾水。利用自然界的螺旋形构造,如贝壳,Pax Scientific开发了水泵和电脑风扇等产品,可降低90%的能耗。 Benyus说:“自然界无疑是成功的,它正在养育我们这一代以及子孙万代,这又是一项艰巨的任务。我们正处于一个前所未有的时代,但我们可以从大自然那里获得智慧。” (责任编辑:泉水) |
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