源于大自然的新發(fā)明

方陵生

螳螂蝦的超堅韌“鎧甲”：輕巧堅韌的新材料

螳螂蝦精力充沛，和同類打架從不退縮。兩只螳螂蝦可能打得不可開交，但戰(zhàn)后雙方都毫發(fā)無損。這是因為這些勇敢強壯的“小戰(zhàn)士”的背上覆蓋著一層超級堅固的“鎧甲”。這個被稱為“尾節(jié)”的部位看起來像盾牌，其防御能力之強也堪比盾牌。

研究發(fā)現(xiàn)，這個“盾牌”堅不可摧的關(guān)鍵是其下面的螺旋狀結(jié)構(gòu)。這種螺旋狀結(jié)構(gòu)可以防止蝦殼在生長過程中產(chǎn)生裂紋，并能夠減小重?fù)魩淼臎_擊力。

未來，研究人員可以模仿螳螂蝦尾節(jié)的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)原理，開發(fā)出堅固、強韌的新材料并應(yīng)用于各種新產(chǎn)品上，例如體育運動裝備、防彈衣、無人機、風(fēng)力渦輪機葉片、航空航天材料、汽車、飛機、直升機、自行車和船只等。

其中最先上市的很可能是體育用品。研究人員制作了一個頭盔，這種頭盔既可供建筑工人使用，也可作為橄欖球運動員的防護用品。從長遠(yuǎn)來看，獲益更大、更全面的將是運輸行業(yè)，因為更輕巧、強度更高的運輸工具可降低燃料消耗，減少廢氣排放。

蒲公英種子的精巧“降落傘”：微型自動推進無人機

蒲公英的種子在風(fēng)中輕柔地飄蕩，在金色的陽光中輕輕落地。蒲公英的種子能夠輕松瀟灑“飛行”的關(guān)鍵，在于它精致的纖維頂冠。為了弄清楚這種像降落傘一樣的茸毛是如何工作的，研究人員建造了一個風(fēng)洞，對蒲公英種子進行測試。

他們發(fā)現(xiàn)，空氣流過蒲公英種子細(xì)細(xì)的纖維時，會形成一種旋轉(zhuǎn)氣流。這種氣流可增加種子的拖曳力，有助于種子在長時間、遠(yuǎn)距離的飛行中保持穩(wěn)定。研究表明，蒲公英種子在保持飛行高度方面的效率是人造降落傘的4倍。

研究人員希望，這一發(fā)現(xiàn)能幫助人們在未來開發(fā)出微型自動推進無人機——一種飛行時幾乎不需要消耗能量的無人機。這種無人機利用與蒲公英種子類似的人造剛毛，飄浮在空氣中。它們可以在空中飄浮很長一段時間，還能攜帶相機或傳感器等設(shè)備，用來監(jiān)測和記錄空氣質(zhì)量、風(fēng)向或風(fēng)速，以及各種人類活動。因為體形微小，它們幾乎不會引起人們的注意，這樣既不會干擾人們的生活，也具有較強的隱蔽性。

蜜蜂的防水花粉球：輕松粘取的黏合劑

蜜蜂從一朵花飛向另一朵花，采集花粉并將其儲存在身上帶回蜂巢。如果有一場突如其來的雨干擾了它的工作，它該怎么辦呢？別擔(dān)心，蜜蜂有解決辦法。

蜜蜂在采集花粉時，會將唾液覆在花粉上。蜜蜂的唾液有點黏，因為它們喝的是花蜜;同時，花上的油脂也會覆在花粉上。唾液與油脂混合成為一種黏合劑，它能夠把花粉變成可以防水的小球，防止花粉被雨水或露水打濕。

有意思的是，在黏合劑的作用下，花粉“吃軟不吃硬”。蜜蜂返回蜂巢后，用后腿緩慢地推動花粉球，花粉球就很容易脫落下來。如果一滴自由下落的雨滴碰巧與其中一個花粉球碰撞，它就會黏附得更緊。

研究人員希望利用同樣的科學(xué)原理研發(fā)高科技黏合劑，人們想用它粘東西的時候可以輕松粘上，想取下時也可以輕松取下。這種黏合劑的應(yīng)用范圍很廣，包括在醫(yī)療和化妝品等領(lǐng)域。這種黏合劑也可以用于食品中，比如用于蛋糕等甜品的裝飾，或用于調(diào)節(jié)食物的味道、營養(yǎng)成分、顏色等。

鯖鯊的鱗片：飛機減阻“貼膜”

鯖鯊游動的速度非?？?，游速可達120千米/時。它們游得這么快，秘訣就在于皮膚上的微小鱗片。每個鱗片的長度只有0.2毫米，位于身體不同位置的鱗片可向后彎曲一定角度，最大后傾角度可達50°，其中位于鰓后的鱗片最柔韌。這些鱗片可起到減小水流阻力的作用，防止出現(xiàn)流動分離。

什么是流動分離呢？如果將你的手伸到移動的車窗外，手掌迎風(fēng)，你會感覺有一股力量將你的手向后推。這是因為空氣在手的兩側(cè)分離，在手的背面形成低壓區(qū)，從而導(dǎo)致手掌比手背承受更大的壓力。這種情況就是流動分離。

鯖鯊的身體呈流線型，這種結(jié)構(gòu)有助于減小流動分離，但流動分離仍然可能發(fā)生。在這種情況下，鯖鯊身上柔韌的鱗片就起到了很有效的作用，它們有助于控制水流，減小阻力，使鯖鯊動作更靈活，游得更快。

對飛機來說，流動分離是很大的飛行障礙。未來人們或許可以借鑒鯖鯊的鱗片結(jié)構(gòu)，設(shè)計出一種特殊的膠帶，把它貼在飛機機身、機翼等部位，就能減輕因流動分離而導(dǎo)致的飛行阻力增加、性能或機動性降低等問題。

貓舌中空乳突：新型清理刷和軟體機器人

貓經(jīng)常用舌頭舔皮毛，它們這是在為自己理順皮毛，清潔身體。貓的舌頭進化出了最高效的梳理功能。在貓砂紙般的舌頭上覆蓋著一種叫作乳突的尖刺，這種尖刺是由角蛋白（類似于指甲的堅硬物質(zhì)）構(gòu)成的。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些乳突并不像過去人們所認(rèn)為的那樣是錐形的，而是中空的勺狀。這種獨特的形狀具有強大的表面張力，唾液能夠被儲存在里面，在需要清潔時再提取出來，因此貓的舌頭上可以容納很多“清潔液”。測試發(fā)現(xiàn)，貓整根舌頭上的乳突足以讓貓將約50毫升的唾液均勻地涂抹到皮毛上。

貓舌乳突還可以朝不同方向轉(zhuǎn)動，這就使貓能夠有效解開糾纏在一起的毛。研究人員用貓舌頭的三維模型制作了一種梳毛刷，刷子上的小刺基本上就是放大版的貓舌乳突。這種刷子不僅可用來為寵物清理毛皮，還能給它們擦藥膏和清洗劑等。

貓舌乳突的獨特形狀還能激發(fā)更多靈感，例如有人設(shè)想利用它開發(fā)一種更加方便有效的涂抹睫毛膏的新方法。有研究表明，模擬貓舌乳突的微型掛鉤具有出色的抓握能力。相關(guān)技術(shù)可以應(yīng)用于軟體機器人領(lǐng)域，以提高它們的抓握能力。

（水云間摘自《科學(xué)畫報·新知版》2020年第6期）