仿生学:7项受自然启发的智慧技术
从自然中获取解决人类问题的灵感,是仿生学的内在思想。随着时间的持续,该领域的发展已经带来了很多不可思议的发展,从植物的光合机械到人类的眼睛。通过模仿大自然,科学家已经开发了多项试图模仿一些生物独特性质的技术。
像蜘蛛丝一样强韧
即使不在蜘蛛侠漫画书里,蜘蛛丝也被认为是自然界最强的材料之一:比同质量的钢铁的强度高五倍。蜘蛛丝不仅有弹性而且质量轻。在有些地方它必须足够黏以捕获猎物,但在其它地方它不能有黏性,这样蜘蛛才可以快速传过它。
科学家已经研究出一种模仿该性能的医学产品:一种柔性的带子,可以从伤口中剥离而不损伤下面的组织。该黏性材料可用于将管和传感器粘到脆弱的新生物或老损组织上。传统的医学带子是将粘性的物质应用到一个薄的基底上。为了制作蜘蛛丝启发的带子,研究者首先使用了一个硅基薄膜作为基地,然后使用激光在硅上刻蚀栅格图案。该栅格使得材料的一些部分具有粘性而其它部分没有,就像蜘蛛网一样。
壁虎的抓牢法
壁虎可以沿着墙和天花板爬行,因为他们的脚包含致密的凸起,每一个都比人类的头发细,这种微小纤维群末端被称为铲刀。一种新的粘合剂正在发展,它可以模拟壁虎脚的样子在表面上吸住或释放。这种粘合剂是由很多塑料纤维制成,可以支撑大约一磅的重量,并且该材料在使用中会变的更强韧。可能的应用包括攀爬设备和医疗器械。
口渴的甲虫
一种小的纳米布沙漠甲虫有一种聪明的办法可以在干旱的环境中生存:它在其背部脊椎上通过将雾气冷凝成水滴来收集水分。
麻省理工的研究人员已经用玻璃和塑料制成了一种凹凸不平的材料,可以模拟甲虫的背部。研究人员说,这种材料可以用于收集水或其他液体,制备芯片上的实验室或构建冷却装置。美国军方官员认为该材料甚至可以用于清理有毒排泄物。
蝴蝶翅膀的光泽
研究人员发明彩色电子阅读器的显示器是受一种不太可能的来源的启发:蝴蝶翅膀。高通MEMS技术基于蝴蝶翅膀在亮光下闪耀的方式,创造出第一个全彩的、视频友好的电子阅读器原型。这种称为Mirasol的阅读器,通过反光工作,而不是像LCD显示器那样从显示器后面传递光。这种新型的屏幕可以在明亮的阳光下阅读,并且电池的寿命更长。
维克劳搭扣的发明
现在,维克劳搭扣无处不在,从宇航员的衣服到小孩的鞋子。这种粘性材料实际上是受植物毛刺粘到狗毛的启发。在1941年,瑞士工程师George de Mestral在显微镜下观察毛刺,发现他们含有很多小型的倒钩,可以勾住头发或衣服。他发明了一种基于此的材料,并叫他维克劳,从法语词velours得来,意思是丝和绒,意味着钩子。
抓肉虫
一种用于固定皮肤移植物(用于治疗伤口或烧伤的移植物)的新技术,其设计来自模仿一种寄生虫。这种刺头虫用剃刀状脊柱次穿其宿主的内脏,然后在组织里使其仙人掌状脑袋膨胀,从而锁住。
同样的,皮肤移植物粘结剂包含很多小的针头,当它们暴露在水中时,其顶端膨胀,将移植物固定住。研究者说,该材料的强度是手术钉的三倍。
油滑的鲨鱼皮
鲨鱼,作为深海之中的肉食动物,给美国海军以很大的启示。它的鱼鳞规整排列成类齿状的结构,这种材料被称之为dentin。研究表明,这种特殊结构的鱼鳞可以形成微小的涡流,从而降低水中的摩擦。这种皮肤还可以有效的防止一些水中附着的甲壳动物的生长,也就是可以有效的防止生物污损(这些生物的清理每年要耗费美国海军五千万美元)。这是因为这些鱼鳞是在不断变化的,变换的表面限制了海洋生物的附着。
德国的研究者已经用具有弹性的硅酮制备出了一种人工鲨鱼皮肤,这种皮肤可以减少67%的生物污损。美国海军也开始着手与这种驱生物附着涂层的研究。
新材料在线编译整理——翻译:王晶晶 校正:摩天轮
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