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创新启示-大自然激发的灵感与创意 -读书笔记

混沌巡洋舰  · 公众号  · 科学  · 2017-06-13 20:04

正文

为什么大黄蜂拥有比波音747更为强劲的空气动力?

如何仿效贝壳避免芯片过热的现象?

怎样借鉴蝴蝶翅膀的颜色节约世界上80%的电能?

跳蚤的膝关节和蜜蜂的肩膀如何使科学家制造出近乎完美的橡胶?



这是一本关于仿生学是怎样改变世界的书。先举一个仿生学的例子,美国加利福尼亚大学默塞德分校的克里斯托弗·瓦尼教授领导的材料工程学团队通过对

河马的汗液及其化学分泌物的研究,发现了两种特殊的颜料,这两种颜料都能吸收穿过可视紫外线的光段,颜料结构呈晶体状,这样的结构使得河马分泌物无须涂抹就可以覆盖到整块皮肤上。人工合成河马汗液中的有益成分,可以让这种物质更好闻,比如像椰子的味道。科学家们预测,长远来看,河马分泌的化学物质能够应用到更为广泛的领域,如外用漆、服装面料以及对紫外线敏感的产品。


无论是受到河马的启发减少皮肤癌,还是通过研究黏液菌的觅食路径优化我们的道路系统,简单来说,都是运用从大自然得来的经验解决人类的问题,这些都属于仿生学。仿生学的应用遍布生活各个层面,从太阳能电池通过模仿树叶的形状发电、基于蜥蜴的生物学研究来挽救生命的医学创举,到模仿鲨鱼皮的抗菌涂料,再到企业基于红树林的形状优化他们的组织架构从而大幅增加企业利润。毋庸置疑,即便是家中壁橱里的粘扣带也是仿生学应用的一个典型例子。


“biomimicry”(仿生学)这个词语源于希腊语中的bios(意思是“生命”)和mimesis(意思是“仿效”),最初是由珍妮·班娜斯在1997年提出的。仿生学从来都不是什么新事物,人类已经向大自然学习了上千年。人类的先祖都是从他们周围的动植物身上寻找解决问题的办法。北极的海豹虽然在冰层下游动,但会在冰面上打个洞,以便浮上来呼吸。因纽特人在捕猎时就模仿北极熊的方法,守在冰面的洞口旁,等着肥厚、高脂的海豹落网;波利尼西亚人模仿漂浮的豆荚,设计出了桨叉架船;澳大利亚的土著民甚至模仿鸟的翅膀制作回旋镖。世界各地的人们都会不断重复使用特定的形状和工具来创造,即使人与人之间空间距离遥远,但都会不约而同地沉浸在大自然之中,观察大自然的解决问题之道,从而将其运用到生活中。


下面来看一些仿生学的例子

1)鳞甲”新型防弹衣,市场中的第一款抵御步枪子弹的软护甲防弹衣。


鱼鳞型护甲


罗马人护甲





龙鳞甲”防弹衣


2) 装饰品方面,自然带来的美感





半个鹦鹉螺贝壳  



主教节杖的弯曲部分  



3)



自然界的等角螺线




第一款凝固涡流器


4)



鲨鱼的肤齿




幼鲨科技公司产品的表面


5)



壁虎的足部



受壁虎启发的可生物降解的绷带

6)



日本的“子弹头”列车新干线



翠鸟尖尖的头部


7)



蜂巢



斯洛文尼亚伊佐拉港受蜂巢启示建造的公寓楼


8)



津巴布韦哈拉雷市的东门购物中心群



白蚁土堆

9) 这个例子是典型的群体智慧的例子



日本的市郊地图和黏液菌的路径


从这些日子中,可以可以看出不同的仿生学应用具有的共同特征:

一个物种的存活本质上取决于它对能量的最优使用,这使得自然界具有非凡效率和功能。人类超高效的心血管系统就是一个很好的例子。心血管有6万英里长,但是内部没有一条血管是笔直的。所以当我们提到能效问题时,完全无法与之比较。试想,有几款机器能用1.5瓦特的功率运动6万英里?这个能耗量甚至比卧室夜灯的能耗都要低。


仿生学带来的收益不止限于节约成本,当代的仿生学通过自然界形状的模仿,还包括系统性的设计和处理问题的步骤。人们在研究某种动植物或生态系统得以生存的独特做法之后,可以进行逆向操作。


总结起来,仿生学之所以有用,尤其适合当下的产业升级,是因为如下原因:

1)大自然只利用局部资源做改进,所以几乎不需要运输,也就不会有运输方面的能耗。

2)在制造环节,大自然的设计成本远低于传统设计的成本,因为它不会浪费资源。比如,纳米技术就反映了大自然的一个制造原则,它一次仅制作一个分子,也就意味着没有任何多余的边料或浪费。

3)大自然不会污染自身,所以它在合成化学物方面,会采用对生态系统而言无毒的方式。


仿生学是真正的跨界之学,《创新启示-大自然激发的灵感与创意》这本书的作者经营着一家成功的以仿生学为核心竞争力的创新企业。书中不止介绍了仿生学本身,还讲述了仿生学影响下的商业模式和管理模式。作者指出,一片成熟的红树林完全可以维持自身的可持续性,能通过自我发展创造出多样性和丰富性。然而很多公司却像杂草一样,盲目地追求过快的扩张速度。如果公司的战略过分追求扩张速度,那么业务在某个特定区域内就会加快拓展,由此根基就会不可避免地扎得很浅,在当地攫取的资源也会远超它们所需。这跟杂草一样,虽然蔓延速度很快,但生命周期都很短。它们生长得很快,充分吸收阳光、水和营养物质,完全支配着生态系统中的各个组成部分。在某些情况下,它们能够淹没宿主的栖息地。


系统性的来说,在珍妮·班娜斯写的《仿生学》一书中,描述了10种像森林一样运营公司的方法。这些内容无一例外构成了生活的主要目标:为未来的生活创造有利条件。


1.变废为宝

2.保持物种的多样性,与其他物种共用栖息地

3.高效地收集和使用能量

4.最优化而非最大化

5.珍惜原材料

6.不要弄脏你的巢穴

7.利用但不穷尽资源

8.维持生物圈的平衡

9.使用信息资源运营公司

10.就地取材


我们当下的资源利用的效率,比起自然还差了不知几个数量级。但人类活动的体量,却足以改变整个生态圈了。我们获得财富、满足欲望的最佳途径不是砍伐成片的森林、糟蹋万里海疆或是排放大量毒气,而是要依靠大自然生生不息的狂野力量和生命力。人类取得的诸多成就皆源于对大自然的模仿和学习,大自然是一切发明的源泉。但是,我们的模仿一直较为粗放,尚未学会大自然的优雅,没能领会大自然的效率,更重要的是没有做到可持续。我们是在隔靴搔痒,将事情搞得一团糟。在当代科学技术的武装下,让我们回过头来,重新开始,就像我们的祖先一样,视大自然为典范,向大自然重新学习。


原创不易,随喜赞赏


扩展阅读

绞杀榕,黏鸟树自然界的生存之道能教给我们什么