受大自然启发的发明

仿生科学现在处于发展的早期阶段。 仿生学 是从自然界中寻找和借鉴各种想法，并将其用于解决人类面临的问题。 大自然解决其问题的独创性、不寻常性、无可挑剔的准确性和资源经济性，简直不能不令人愉悦并引起在某种程度上复制这些惊人的过程、物质和结构的愿望。 仿生学一词由美国科学家 Jack E. Steele 于 1958 年创造。 而“仿生学”这个词在上世纪 70 年代开始普遍使用，当时电视剧“六百万美元的男人”和“生物女人”出现在电视上。 Tim McGee 警告说，不应将生物识别技术与仿生建模直接混淆，因为与仿生学不同，仿生建模并不强调资源的经济使用。 以下是仿生学成就的例子，其中这些差异最为明显。 在创建聚合生物医学材料时，使用了海参壳（海参）的操作原理。 海参有一个独特的特性——它们可以改变构成身体外壳的胶原蛋白的硬度。 当海参感觉到危险时，它会反复增加皮肤的硬度，就像被贝壳撕裂一样。 相反，如果他需要挤进一个狭窄的缝隙中，他的皮肤元素之间就会变得如此脆弱，以至于它实际上会变成一种液体果冻。 凯斯西储的一组科学家设法制造了一种基于纤维素纤维的具有相似特性的材料：在有水的情况下，这种材料会变成塑料，当它蒸发时，它会再次凝固。 科学家们认为，这种材料最适合生产用于治疗帕金森病的脑内电极。 当植入大脑时，由这种材料制成的电极会变成塑料，不会损伤脑组织。 美国包装公司 Ecovative Design 创造了一组可再生和可生物降解的材料，可用于隔热、包装、家具和电脑机箱。 McGee 甚至已经有了用这种材料制成的玩具。 为了生产这些材料，使用稻壳、荞麦和棉花的外壳，在其上种植真菌 Pleurotus ostreatus（平菇）。 将含有牡蛎蘑菇细胞和过氧化氢的混合物放入特殊模具中并保持在黑暗中，以便产品在蘑菇菌丝体的影响下变硬。 然后将产品干燥以阻止真菌的生长并防止产品在使用过程中过敏。 Angela Belcher 和她的团队创造了一种使用改良的 M13 噬菌体病毒的 novub 电池。 它能够将自己附着在无机材料上，例如金和氧化钴。 作为病毒自组装的结果，可以获得相当长的纳米线。 Bletcher 的小组能够组装许多这样的纳米线，从而形成了非常强大且极其紧凑的电池的基础。 2009 年，科学家们展示了使用转基因病毒制造锂离子电池阳极和阴极的可能性。 澳大利亚开发了最新的 Biolytix 废水处理系统。 该过滤系统可以非常迅速地将污水和食物垃圾转化为可用于灌溉的优质水。 在 Biolytix 系统中，蠕虫和土壤生物完成了所有工作。 使用 Biolytix 系统可将能耗降低近 90%，并且比传统清洁系统的工作效率提高近 10 倍。 年轻的澳大利亚建筑师 Thomas Herzig 认为充气建筑有巨大的机会。 在他看来，充气结构比传统结构更有效，因为它们重量轻且材料消耗最少。 原因在于张力只作用在柔性膜上，而压缩力与另一种弹性介质——空气相反，它无处不在，完全自由。 由于这种效应，大自然数百万年来一直在使用类似的结构：每个生物都由细胞组成。 由 PVC 制成的肺细胞模块组装建筑结构的想法是基于构建生物细胞结构的原理。 由 Thomas Herzog 获得专利的电池成本极低，可让您创建几乎无限数量的组合。 在这种情况下，一个甚至几个肺细胞的损坏不会导致整个结构的破坏。 Calera 公司使用的操作原理在很大程度上模仿了天然水泥的制造，珊瑚在其一生中使用这种水泥从海水中提取钙和镁，以便在正常温度和压力下合成碳酸盐。 在制造 Calera 水泥时，首先将二氧化碳转化为碳酸，然后从中获得碳酸盐。 McGee 说，使用这种方法，要生产一吨水泥，需要固定大约相同数量的二氧化碳。 以传统方式生产水泥会导致二氧化碳污染，而这种革命性的技术恰恰相反，它会从环境中吸收二氧化碳。 开发新型环保合成材料的美国公司 Novomer 创造了一种以二氧化碳和一氧化碳为主要原料的塑料生产技术。 McGee 强调了这项技术的价值，因为将温室气体和其他有毒气体释放到大气中是现代世界的主要问题之一。 在 Novomer 的塑料技术中，新的聚合物和塑料可含有高达 50% 的二氧化碳和一氧化碳，生产这些材料所需的能源明显减少。 这样的生产将有助于结合大量的温室气体，这些材料本身就可以生物降解。 一旦昆虫接触到食肉捕蝇草植物的诱捕叶子，叶子的形状立即开始改变，昆虫发现自己陷入了死亡陷阱。 来自阿默斯特大学（马萨诸塞州）的 Alfred Crosby 和他的同事设法创造了一种聚合物材料，这种材料能够以类似的方式对压力、温度或在电流影响下的最轻微变化做出反应。 这种材料的表面覆盖着微小的充气透镜，这些透镜可以随着压力、温度的变化或在电流的影响下迅速改变曲率（变成凸面或凹面）。 这些微透镜的尺寸从 50 µm 到 500 µm 不等。 透镜本身和它们之间的距离越小，材料对外部变化的反应就越快。 McGee 说，这种材料的特别之处在于它是在微米技术和纳米技术的交叉点上创造的。 与许多其他双壳类软体动物一样，贻贝能够在特殊的重型蛋白质丝（即所谓的足丝）的帮助下牢固地附着在各种表面上。 足丝腺的外保护层是一种用途广泛、极其耐用且同时具有令人难以置信的弹性的材料。 加州大学有机化学教授赫伯特·韦特 (Herbert Waite) 长期以来一直在研究贻贝，他成功地重新创造了一种结构与贻贝产生的材料非常相似的材料。 McGee 说，Herbert Waite 开辟了一个全新的研究领域，他的工作已经帮助另一组科学家创造了 PureBond 技术，用于在不使用甲醛和其他剧毒物质的情况下处理木板表面。 鲨鱼皮有一个完全独特的特性——细菌不会在上面繁殖，同时它也没有被任何杀菌润滑剂覆盖。 换句话说，皮肤不会杀死细菌，它们根本不存在于它上面。 秘密在于一种特殊的图案，它是由最小的鲨鱼皮鳞片形成的。 这些鳞片相互连接，形成一种特殊的菱形图案。 这种图案在 Sharklet 抗菌保护膜上重现。 McGee 相信这项技术的应用确实是无限的。 事实上，在医院和公共场所的物体表面应用这种不允许细菌繁殖的纹理，可以将细菌去除 80%。 在这种情况下，细菌不会被破坏，因此它们不会像抗生素那样获得抗药性。 Sharklet 技术是世界上第一个在不使用有毒物质的情况下抑制细菌生长的技术。 根据 bigpikture.ru