师法自然

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莲花为何出污泥而不染？红树林和藤壶这类滤食生物是如何把海水变成淡水的？皮下注射器针头为何形似响尾蛇毒牙……制造商越来越多地转向自然界寻求解决某些设计问题的方法，他们希望生产出污染少、使用材料少，甚至成本也低的产品

【美国《纽约时报》12月11日文章】题：设计者向大自然寻求设计想法（作者　吉姆·罗宾斯）
白莲花是纯洁的象征，却生长在世界各地的泥沼中。德国植物学家威廉·巴尔特洛特博士发现了莲花出污泥而不染的秘密。巴尔特洛特耗时20年，用扫描电子显微镜观察上千种植物表面的显微结构。他发现，在观察前最不需要清洁的叶片，表面最粗糙。
巴尔特洛特发现，最干净的叶片——白莲花的叶片上原来有微小的突起，就像布满钉子的板。落到叶片上的灰尘和污垢在这些小突起上摇摇晃晃。当水滴滚过突起时，就卷起这些没粘牢的灰尘，把它们带走。
也就是说，莲花的叶片能自我清洁。
德国生产的“Lotusan”房屋漆应用了这种莲花效应。这种在欧洲和亚洲市场上销售的油漆保证在5年内不会脏，无需除垢剂和喷砂处理。目前，莲花效应还被用于开发其他产品，包括屋顶板和汽车漆。
莲花效应是生物模拟学的一个例子。随着制造商转向自然界寻求解决某些设计问题，这种设计方法近年来越来越流行。通过观察动植物解决相似问题的办法，设计者希望生产出污染少、使用材料少，甚至成本也低的产品。
科普作家雅尼娜·拜纽什说：“企业应当像生物系统那样运转。它们应当找到某种途径，创造有益于生命，而不是有害于生命的条件。”拜纽什于1997年出版《生物模拟学》一书，目前是这方面的顾问。
设计者在一些事情上早就受到自然界的启发，例如形似响尾蛇毒牙的皮下注射器针头，以及模仿苍耳粘着原理的维可牢尼龙搭扣。但是，寻找具有商业潜力的生物设计变得更加复杂和普遍。
一种新奇的听觉方式来自寄生蝇Ormia.蟋蟀能够通过鸣叫的方式隐瞒自己的位置，但却无法愚弄Ormia蝇。Ormia蝇把卵产在蟋蟀体内，其耳朵为找到蟋蟀发生进化。纽约州立大学和康奈尔大学的研究人员发现，Ormia蝇的耳中有相当于定向传声器的生物结构。他们希望自己的研究能带来更好的助听器。
拜纽什最近和加利福尼亚州卡罗洛工程公司的一个污水处理工程师小组到加拉帕戈斯群岛考察。他们戴着呼吸管潜入水下，观察那些发生进化、解决自身水处理问题的生物，如把海水变成淡水的红树林和藤壶这类滤食生物。
工程师们带着发人深思的问题归来。废水处理厂的管道会积淀矿物，阻碍水流。他们想知道，滤食动物如何积聚矿物，构筑外壳，然后在外壳足够大时再结束这一矿化过程。他们认为，假如能了解该过程，也许就能阻止废水处理厂的碳酸钙沉淀问题，也能避免使用有毒化学物质溶解这些沉淀物。
这是思考其他制造方法的一个例子。戴维·奥基设计公司的戴维·奥基说：“我们的问题是，自然界是如何解决这一问题的？当你这样问时，你就在向从未想过的方向迈进。”设在佐治亚州拉格兰奇的这家公司模仿自然界，设计地毯和其他纺织品。
能源部某实验室即将研制完成这样一个项目，即用贻贝制造的一种防水胶。贻贝这种双壳类动物牢固地吸附在船、码头和海水中的其他物体上。贻贝的足上有一种微小的器官，能分泌称作足丝的胶。它由4个结合在一起的蛋白质在第五个起催化作用的蛋白质的参与下生成。这种胶特别有效，在海水中也能发挥效力，因此能在很多环境条件下使用。专家正在研究用这种超强力胶把金属氧化底板固定到计算机的硬盘上，取代缝合线来粘贴伤口，以及在水中修补船只。
有些研究人员和企业家认为，剪接基因是促进生物模拟学的一种合法手段。例如，蒙特利尔的一家名为Nexia的生物技术公司说，他们把一种蜘蛛制造避敌丝的基因移植到少数几只尼日利亚山羊体内，如今可以从这些山羊的奶中分离出蛛丝。制造蛛丝是这一领域的主要目标之一，因为其强度是钢的5倍，但却轻得多。
一些研究人员正在研究自然建造过程，以期找到有效但污染少的建筑方法。阿尔伯克基的桑迪亚国家实验所开展的此类工作试图模仿鲍鱼壳，这是自然界中最硬和最耐磨的物质之一，由硬软物质层交替构成。如果硬物质层出现裂痕，软物质层就会吸收裂痕，使其不扩散。实验所的资深科学家杰弗里·布林克尔博士正同他人合作，研究用自组装聚合物制造这类物质的方法，从而创造各种各样的物质，像坚硬和透明的汽车末道漆，以及挡风玻璃的涂层。目前，这一工艺已用于制造计算机零部件，可能很快会发现更广泛的用途。
生物模拟学可能发挥商业用途的另一个领域是地毯制造业。奥基正在设计的一种生物模拟地毯称作“Entropy”。普通地毯磨损后，由于不同的染色批量，即便只有20%磨损了，也要整个换掉。Entropy模仿明暗和大小不同的森林地表的随意性。由于没有配色问题，因此可以只更换一小部分，更易铺设，而且远没有那么浪费。