科技日報記者?劉霞

隨著人工智能和機器學習等技術的不斷發(fā)展，越來越多科學家和工程師開始向自然界尋求靈感，利用自然界的奇妙設計來進行發(fā)明創(chuàng)新。

英國愛丁堡大學研究員葉夫里皮迪斯·格卡尼阿斯指出，人類的創(chuàng)造力或許很優(yōu)秀，但它無法像大自然那樣奇妙，渾然天成。大自然提供的解決方案已經進化了數十億年，而且每天都在接受測試，值得人類借鑒。

從模仿昆蟲眼睛的羅盤，到行為像藤蔓的消防機器人，物理學家組織網在近期的報道中向人們介紹了從自然界獲取靈感而衍生的五大創(chuàng)新設計。

受昆蟲啟發(fā)的羅盤

螞蟻和蜜蜂等昆蟲會以太陽的位置作為指南針，根據陽光的強度和偏振進行視覺導航。

一些昆蟲，如螞蟻和蜜蜂，會根據陽光的強度和偏振進行視覺導航。
圖片來源：物理學家組織網

格卡尼阿斯團隊復制了昆蟲的眼睛結構，創(chuàng)建出一款新型羅盤。該羅盤模仿了昆蟲眼睛的基本方面，尤其是偏振光感受器在其背緣區(qū)域的扇狀排列。這款傳感器由8對光電二極管組成，這些二極管會分析來自不同方向的太陽光。由于傳感器的布局與天空中的偏振光的模式一致，因此即使陰天也能估計太陽在天空中的位置。

格卡尼阿斯解釋說，普通指南針依靠地球微弱的磁場導航，但磁場很容易受到電子設備的干擾。他們最新研制的這款羅盤原型“表現非常出色”。

受蛛絲啟發(fā)的集水網

在自然界，蜘蛛網具有獨一無二的懸索結構，而且有著極佳的彈性與韌性。

中國北京航空航天大學鄭詠梅教授發(fā)現，蜘蛛絲就像一串“珍珠項鏈”。在這條“項鏈”上，由細微的納米纖絲隨機糾纏在一起構成“珍珠”?！罢渲椤庇兄植诘谋砻?，而由兩根纖維組成的“鏈繩”是光滑的。兩根纖維外包裹著一種能吸引水分子的材料，這就是蜘蛛絲捕獲水的“秘密武器”。這個發(fā)現揭開了蜘蛛網上見到的明亮水珠之謎，可用于設計大規(guī)模人造纖維，收集空氣或霧氣中的水，以滿足缺水地區(qū)人們的需求。

在此基礎上，鄭詠梅課題組受天然蜘蛛絲集水結構啟發(fā)，并結合自然界生物的螺旋結構特點，采用涂層方法及有機無機復合界面裂紋效應調控，制備出了具有連續(xù)仿生螺旋槽紡錘節(jié)結構的微纖維。研究結果顯示，這種超細纖維具有可修復的潤濕性、長期的耐用性、優(yōu)異的機械性能和柔韌性，在大規(guī)模集水應用領域顯示出巨大的潛力。

受藤蔓啟發(fā)的消防機器人

雖然很多機器都是從動物中汲取靈感，但美國加州大學圣巴巴拉分校查爾斯·肖團隊卻另辟蹊徑，從植物中獲得創(chuàng)新的靈感，研制出一款藤蔓機器人。該機器人模仿了藤蔓和樹根利用局部感應向水源生長的方式，可朝著光或熱的方向“生長”，就像藤蔓爬上墻壁或穿過森林地面一樣。

藤蔓會朝光的方向生長。
圖片來源：物理學家組織網

這款大約兩米長的管狀機器人可使用充滿流體的袋子，而非昂貴的電子設備來控制自己。研究團隊指出，盡管藤蔓機器人的運動速度很慢，但其擁有的“向熱”和“向光”性，使其能在沒有傳感器、電池或電機的情況下，將自身轉向熱源并將水或惰性氣體輸送到熱源，撲滅火災。

以藤蔓為靈感的卷曲式設計，讓這款機器人可以輕松穿越各種障礙。而且部署這種藤曼機器人，每3米的成本僅為1美元。

受康普茶啟發(fā)的電路

康普茶在歐美已成為一種“網紅”飲品，這種流行飲料在滿足人們口腹之欲的同時，也成為科學家靈感的來源。

英國西英格蘭大學非傳統(tǒng)計算實驗室的科學家發(fā)現了一種方法，可使用黏糊糊的康普茶墊制造“康普茶電路板”。這種茶墊由酵母和細菌在康普茶發(fā)酵過程中產生。研究人員將電路印制在干燥的墊子上，能夠點亮小型LED燈。

干燥的康普茶墊具有紡織品甚至皮革的特性，但它們是可持續(xù)且可生物降解的，在水中浸泡數天也“毫發(fā)無傷”。這種康普茶墊也比塑料更輕、更便宜、更靈活。將康普茶可穿戴設備與傳感器和電子設備結合，還可用作心臟監(jiān)測儀或步數跟蹤器。

受穿山甲啟發(fā)的機器人

穿山甲這種軟體哺乳動物全身覆蓋著鱗片，不僅使其在“穿山打洞”時減少泥土黏附，而且能蜷縮成一團，保護自己免受捕食者的攻擊。

穿山甲全身覆蓋著鱗片，在“穿山打洞”時能減少泥土黏附。
圖片來源：物理學家組織網

德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所與上海同濟大學的科學家合作，開發(fā)出了一款柔軟、靈活的微型金屬機器人。這款微型機器人不鉆地也不挖洞，而是可進入人體內治病。它可像穿山甲一樣卷曲起來，在人體內部“航行”，治療內出血、清除腫瘤組織、治療血栓等，具有重大的醫(yī)學價值和應用前景。