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创新启示

创新启示

作者: Serememorer | 来源:发表于2017-11-26 23:57 被阅读5次

    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?

    上述及类似问题的答案如何深远地改变我们的生活?

    在游泳池旁或海边享受日光浴的年轻女子怎么也不会联想到河马,更不用说河马的汗液了。然而河马的汗液是一种强效防晒剂,具有四合一的功效。人类流汗时,体内的盐水通过毛孔排出,用物理蒸发的方式给皮肤降温,河马作为鲸鱼和海豚的远古表亲,却是通过分泌一种混合性化学物质冷却皮肤。除此之外,河马的这种分泌物还能应对其他外部因素对皮肤造成的侵害,这种汗液不仅是一种高效无毒的防晒剂(尽管或许它天然带有一股味道),还具有抗菌、杀菌和驱虫的效用。

    世界上有很多组织都在研究河马的汗液及其化学分泌物,其中就包括日本京都药科大学和意大利的里雅斯特大学的研究人员,以及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。他们都对这种铁锈色的合成物进行了研究,通过研究,他们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(河马也不可能先用手搓均匀再涂抹全身)。这类颜料能够把白皙的皮肤降暗一个色度,同时还能抑制细菌的生长。

    在美国,每年约有100万人患上皮肤癌,防晒霜的市场可谓异常庞大——每年销售额达6.4亿美元且还在不断增长。然而,当今市场上在售的1 800多种含有防晒剂的护肤品中,75%都没有他们所宣称的防护功效。

    除此之外,用于护肤的大部分化学物质都能直接渗入血液,所以一些科学家担心,某些防晒霜虽说是起到了防晒的作用,但也会带来致癌的毒素。其实,美国食品药品监督管理局(FDA)针对防晒霜的功效问题已经出台一些措施,加大了对防晒霜标签的监管力度。

    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,也有人称之为生物启示。

    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。

    当今我们为什么需要仿生学?科学家、政治家、企业群体和利益集团不断争论,地球是否正在经历毁灭性衰退这个问题,他们一遍又一遍地呼吁和反驳。对于这种争论,虽说我们也备感迷惑,但我们内心深处都清楚,哪些是正确的,哪些是错误的。

    世界上有一半人还生活在极度贫困中,他们每天的生活费不足2.5美元。燃油价格很不稳定,天气变化更为剧烈,也更难预测。物种在我们这个时代大量消亡。

    在世界范围的金融危机之后,创新速度也开始减缓。

    在医学领域,我们还未解决细菌的耐药性,癌症、阿尔茨海默症(老年痴呆症)、自闭症和糖尿病的发病率仍在不断攀升。

    今天,我们拥有更多的研究人员、工程师和医生,他们也更加训练有素,其从业人数比历史上所有从业人员的总和都多,但人类种群未来的生存力还是日渐衰弱。 历史并不会就此终结。

    科学家们已经确认,地球上有2000多万种生命体,也有一些人估算生命体的总数超过了1亿。面对生命的挑战,每个物种都经历了成百上千次抉择,最后摸索出了最优的进化方式,从而发展至今。

    “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,她是一位自然学和教育学天才,还出版了一本具有里程碑意义的著作《仿生学》。但是仿生学并不是什么新事物,人类已经向大自然学习了上千年,只是对精度的把握有所不同而已。

    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。

    几千年在进化史上只不过是弹指一挥间,但在此过程中,人类已发明出多种结构复杂的工具,并为其找到了一系列理论支持。

    牛顿物理学、工业革命以及19世纪的思想启蒙运动都激发了技术的大规模革新,从而极大地改变了我们的生活。这种生活方式的转变也改变了人看世界的视角,从有机的视角转到了机械的视角。

    早期的工程师会不自觉地把各种系统都分解为单个元素,然后重组这些构件。机械装置和材料方面的创新引发了规模化生产,从而生产出成千上万个形状相同的金属平面,并且建造出整片整片的方形建筑群。

    如果仅仅看到创新对这个时代经济和文化的影响,那真是低估了工业革命的前景。

    当社会的大潮把世界视为一个由独立零部件组成的机械装置时,大自然的天才设计也就被束之高阁了,然而大自然绘制的是一幅壮美的蓝图,它天然、高效且无毒。人们过于推崇工业发明,鄙视一切源于大自然的设计,认为那种设计太过原始、太过简陋。

    随着城市化进程的推进,我们的生活和工作都远离了大自然,变得与城市系统休戚相关,我们仅仅把大自然视为资源库,其中的原材料只是等着被采伐用作工业生产。

    需要加快物体转移的速度时,人们不是从自然界寻找行之有效的应对方法,而仅仅是增加更多的燃料来推动机车。这种方式在过去效果很好,但副作用也随之不断加剧:大气和水资源的污染、土地的贫瘠、廉价化石燃料的衰竭、新型公共卫生的风险以及全球气候变暖。

    大自然则是按照完全不同的原则发展。它在发展时耗费的物质和能量都最少——在存活和重塑自身时不会破坏生态环境。它不会把金属压成平面,也不会创造笔直的线条。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?这个能耗量甚至比我们楼梯口照明用的灯的能耗都要低。 我们对能源的浪费性使用所带来的负面影响越来越大,这就更需要我们自己确立规则,并创造机会构建新的世界经济秩序。我们需要尽快转换商业和技术模式,否则我们就会像恐龙一样走向灭亡。

    首先我们需要了解自然界的非凡效率和功能,从大自然的视角来看,能源不会短缺——现在不会、将来也不会,整个宇宙中的一切事物都由能量构成。一个物种的存活本质上取决于它对能量的最优使用,如果我们研究自然界,并沿用自然界使用能源的方式,那些发达国家就能避免当前不断恶化的能源危机——这个危机对2/3的人类而言已经根深蒂固。

    生命自身的发展不会受到任何科研预算的约束,经过38亿年的试验和实践,大自然走到了今天,我们现在要做的就是参照大自然的博大智库。向她寻求正确答案的人们提供简练、高效的方法。

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