师法自然的五大创新设计

越来越多科学家和工程师开始向自然界寻求灵感，利用自然界的奇妙设计来进行发明创新。

英国爱丁堡大学研究员叶夫里皮迪斯·格卡尼阿斯指出，人类的创造力或许很优秀，但它无法像大自然那样奇妙，浑然天成。大自然提供的解决方案已经进化了数十亿年，而且每天都在接受测试，值得人类借鉴。

从模仿昆虫眼睛的罗盘，到行为像藤蔓的消防机器人，物理学家组织网在近期的报道中向人们介绍了从自然界获取灵感而衍生的五大创新设计。

受昆虫启发的罗盘

蚂蚁和蜜蜂等昆虫会以太阳的位置作为指南针，根据阳光的强度和偏振进行视觉导航。

格卡尼阿斯团队复制了昆虫的眼睛结构，创建出一款新型罗盘。该罗盘模仿了昆虫眼睛的基本方面，尤其是偏振光感受器在其背缘区域的扇状排列。这款传感器由8对光电二极管组成，这些二极管会分析来自不同方向的太阳光。由于传感器的布局与天空中的偏振光的模式一致，因此即使阴天也能估计太阳在天空中的位置。

格卡尼阿斯解释说，普通指南针依靠地球微弱的磁场导航，但磁场很容易受到电子设备的干扰。他们最新研制的这款罗盘原型“表现非常出色”。

受蛛丝启发的集水网

在自然界，蜘蛛网具有独一无二的悬索结构，而且有着极佳的弹性与韧性。

北京航空航天大学郑咏梅教授发现，蜘蛛丝就像一串“珍珠项链”。在这条“项链”上，由细微的纳米纤丝随机纠缠在一起构成“珍珠”。“珍珠”有着粗糙的表面，而由两根纤维组成的“链绳”是光滑的。两根纤维外包裹着一种能吸引水分子的材料，这就是蜘蛛丝捕获水的“秘密武器”。这个发现揭开了蜘蛛网上见到的明亮水珠之谜，可用于设计大规模人造纤维，收集空气或雾气中的水，以满足缺水地区人们的需求。

在此基础上，郑咏梅课题组受天然蜘蛛丝集水结构启发，并结合自然界生物的螺旋结构特点，采用涂层方法及有机无机复合界面裂纹效应调控，制备出了具有连续仿生螺旋槽纺锤节结构的微纤维。研究结果显示，这种超细纤维具有可修复的润湿性、长期的耐用性、优异的机械性能和柔韧性，在大规模集水应用领域显示出巨大的潜力。

受藤蔓启发的消防机器人

虽然很多机器都是从动物中汲取灵感，但美国加州大学圣巴巴拉分校查尔斯·肖团队却另辟蹊径，从植物中获得创新的灵感，研制出一款用于消防的藤蔓机器人。该机器人模仿了藤蔓和树根利用局部感应向水源生长的方式，可朝着光或热的方向“生长”，就像藤蔓爬上墙壁或穿过森林地面一样。

这款大约两米长的管状机器人可使用充满流体的袋子，而非昂贵的电子设备来控制自己。研究团队指出，尽管藤蔓机器人的运动速度很慢，但其拥有的“向热”和“向光”性，使其能在没有传感器、电池或电机的情况下，将自身转向热源并将水或惰性气体输送到热源，扑灭火灾。

以藤蔓为灵感的卷曲式设计，让这款机器人可以轻松穿越各种障碍。

受康普茶启发的电路

康普茶这种流行饮料在满足人们口腹之欲的同时，也成为科学家灵感的来源。

英国西英格兰大学非传统计算实验室的科学家发现了一种方法，可使用黏糊糊的康普茶垫制造“康普茶电路板”。这种茶垫由酵母和细菌在康普茶发酵过程中产生。研究人员将电路印制在干燥的垫子上，能够点亮小型LED灯。

干燥的康普茶垫具有纺织品甚至皮革的特性，但它们是可持续且可生物降解的，在水中浸泡数天也“毫发无伤”。这种康普茶垫也比塑料更轻、更便宜、更灵活。将康普茶可穿戴设备与传感器和电子设备结合，还可用作心脏监测仪或步数跟踪器。

受穿山甲启发的机器人

穿山甲这种软体哺乳动物全身覆盖着鳞片，不仅使其在“穿山打洞”时减少泥土黏附，而且能蜷缩成一团，保护自己免受捕食者的攻击。

德国马克斯·普朗克智能系统研究所与上海同济大学的科学家合作，开发出了一款柔软、灵活的微型金属机器人。这款微型机器人不钻地也不挖洞，而是可进入人体内治病。它可像穿山甲一样卷曲起来，在人体内部“航行”，治疗内出血、清除肿瘤组织、治疗血栓等，具有重大的医学价值和应用前景。（记者刘霞）

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