跟着动物学发明

董阳阳

苍蝇的复眼结构启发了人类，使人类发明了一次能拍摄1 000多张高清晰照片的蝇眼照相机。防水自洁产品，来自于莲叶效应，这些莲叶表面具有微米级的突起细胞，细胞上又覆盖着一层纳米级的蜡状结晶，这些结构使得莲叶具有疏水性，出淤泥而不染。事实上，人们取材于生物的结构与功能的发明还有很多。

子弹头列车与翠鸟

1964年，在东京奥运会开幕前，日本推出了世界第一列子弹头列车，这是当时最快的列车之一，时速能达到210千米，当时欧洲火车的最快速度为每小时160千米，子弹头列车的成功运行，重新推动了世界各国修建高速铁路的热情。然而，最初由于这辆列车发出的巨大噪音远超环境标准，招致大量日本居民投诉。当时车头是圆形的子弹头形状，当列车高速驶进狭窄的隧道后，车头周围的空气会“推挤”前方的空气，从而形成压力波。在火车驶出隧道的那一刻，压力波会撞击出口外的空气，发出一声巨大的轰鸣声，在隧道400米开外的地方都能听到这种噪音。

根据日本法律，居住用途区域附近的噪音不能超过75分贝，如果解决不了子弹头列车产生的噪音问题，列车只能在经过居民区时减速行驶，这显然非常不方便。然而，怎么解决呢？一种解决方案是改进隧道，但这项工程十分浩大，成本过于高昂。那么只有一种方法：改进车头。

当时设计子弹头列车的工程师也是鸟类观察员，他想到了翠鸟。翠鸟捕鱼时，会从阻力较小的空气中冲入阻力较大的水中，也会经历阻力的急剧变化，却只溅起很小的水花。奥秘就在于翠鸟拥有一个流线形的长长尖喙，越靠近脸部，喙越宽，这样水流可以顺畅地向后流动。

借鉴翠鸟喙的形状，研究者们重新设计了车头，并于1997年投入使用。实践证明，改进过的列车车速比起原有设计提升了10%，而电力消耗降低了15%，噪音水平也达到了75分贝的标准。

鲸鱼的鳍能“发电”

美国生物学家克·费什在波士顿的一家礼品店中，看到了一座座头鲸雕塑，让这位生物学家吃惊的是座头鲸雕塑的胸鳍。胸鳍是鱼鳍的一种，是鱼的游泳器官，相当于高等脊椎动物的前肢。大部分鲸鱼和其他鲸目动物的鳍肢，前缘都是平滑的，这种结构更符合空气动力学设计，因为物体表面越光滑，粒子摩擦会越小，越好通过。

然而，座头鲸的胸鳍却非常不同，其胸鳍长度达到6米，相当于身体长度的1/3，在行进过程中发挥着至关重要的作用。在座头鲸的胸鳍上长着一些叫做結节的特殊凸块，并不光滑，这是为什么呢？

研究者通过反复测试，发现座头鲸凹凸不平的胸鳍其实可以有效减小阻力，帮助水分子快速通过。原因就在于鱼鳍前缘的结节创造了低压区域，导致水或者空气流过这个低压区域时，形成许多小漩涡，这种小漩涡既能减小阻力，也能给座头鲸提供更多浮力。

受此启发，研究者们发明了鲸鱼鳍叶片，运用于风力发动机。现在，虽然风力涡旋机遍布世界，为人类提供了源源不断的风能，但问题也不少。首先其生产效率并不高，而且还会制造噪音污染，鸟类也会成为旋转叶片的受害者。而新型风力涡轮机的涡旋叶片被改造成像座头鲸胸鳍一样隆起的结构，既能增加气流的流动效率，又能在强大的气流中更好地保持稳定性，减少噪音污染。

蝴蝶启发了电子阅读

电子阅读器改变了大家的阅读方式。这些设备电力持久，存储量大，方便携带，人们不需要去图书馆，就能阅读海量书籍。然而，目前为止，大多数的电子阅读器还需要内嵌LC D灯发光，屏幕文字色彩单调，而且在耀眼的阳光下，往往没法阅读。

不过，现在这些问题已经迎刃而解。高通推出了一款显示屏，它不仅可以让你在阳光下阅读显示屏，并且屏幕色彩缤纷，能够充分还原画面的颜色，而研究者们的灵感来源正是蝴蝶。

我们知道蝴蝶的翅膀往往颜色绚烂，但这并不是因为它们翅膀上有色素，而是来自“结构色”。蝴蝶的翅膀鳞片中隐藏着一组纳米级的板状结构组合，这些板状结构互相之间严格按照一定间距有序排列，能改变光的波长，反射出不同颜色的光。高通这款显示屏的显示技术与蝴蝶翅膀上的鳞片结构相同，有两片相距非常近的反射薄膜，中间有很小的空隙。当光线入射后，两片薄膜间的反射会随着空隙大小不同，对不同波长的光线产生干涉。最后，只有特定波长的光才能被反射出，被人眼看到。比如，距离远的两片薄膜会产生红色，近一点会产生绿色，再远一点会产生蓝色，更近的话会是紫外线，对人眼来说是黑色。

由于能反射自然光，高通这款显示屏屏幕不仅颜色绚丽，而且不需要经常充电，能将液晶屏占整体设备耗电的比例从50%以上降到6%左右。

壁虎的脚与胶粘剂

1968年，在美国3M公司工作的工程师史宾塞·席佛试图研发一种强力粘剂，最终他发明了一种黏性非常弱的黏合剂，这种黏合剂能重复粘贴，还不会留下痕迹。随后，另一位3M公司的工程师将这种黏合剂与纸条结合，第一个便利贴诞生。

然而，自此之后，黏合剂的技术并没有根本性的进步，如何将两件物品长久地黏在一起，对于人类来说依旧是个难以解答的谜题。不过，壁虎显然不会为这件事头疼，它们轻松地飞檐走壁，即便物体表面多么光滑，它们也能牢牢黏住。而奥秘就在于它们的脚底有几百万根次纳米级的细毛，能操纵负电子和正质子之间的引力，利用分子间作用力贴在物体表面。所以壁虎不用用力抓物体表面，并且脚一挪开，就能去除黏性。

现在，工程师们利用类似的工作原理，发明了一个可控的黏合剂。这个黏合剂由垂直排列的微小纳米管组成，末端还有无数弯曲交织在一起的纤维，能起到与壁虎刚毛相似的功能。其黏附性甚至超越了壁虎的脚，每平方厘米达到100牛顿，是壁虎足部黏性强度的10倍之多，而且也能轻易地从物体表面去除，能够重复使用。

在未来，还会有更多的类似发明，比如反重力靴子，能使人们像蜘蛛侠一样飞檐走壁。endprint