仿生机械大探究

出版日期: 2025年6月24日

冰冷的机械与灵动的生物,看似属于完全不同的世界。然而,你知道现实中许多机械或发明,都是以生物为灵感,甚至模仿着生物的外形或特点而创造的吗?一起来认识这些模仿生物的发明和仿生机械吧!

机械也跟演化有关?

40多亿年前,地球就出现了微生物。自最原始的生命出现后,每繁衍一代都可能产生一点变异。当中有利生存的变异会保存下来,经过数十亿年后,发展成现在的各种生物。牠们各有久经试炼的生存之道,正好让人类借镜。

人类有不少发明,包括机械人和日常生活用品,都是从生物得到灵感的!

一些模仿生物的发明

「猫眼」

这种马路装置在晚上受车头灯照射时,光线会反射到司机眼中,令他们更容易看到行车线。这个装置是英国的珀西.肖(PercyShaw)看到真正的猫眼在黑夜中发光而受到启发,才发明出来的!

▲在黑夜中发光的猫眼睛。
(Photo by Robert Illes/CC-BY-SA 4.0)
▲马路装置「猫眼」。
(Photo by Rossographer/CC-BY-SA 2.0)

 

魔术贴

牛蒡的果实有很多细小的倒勾,可以将自己勾在动物皮肤或人们的衣物上,藉此播种。瑞士的电气工程师乔治.梅斯卓(George de Mestral)观察到这个现象,于是利用相似的原理发明了魔术贴。

▲充满倒勾的牛蒡果实。
(Photo by Robert Illes/CC-BY-SA 4.0)
▲利用倒勾黏在一起的魔术贴。

 

模仿猫舌头的毛刷

科学家一直从大自然取得灵感。2018年,他们参考猫的舌头设计了一款梳。它的梳齿就像猫舌上面的倒勾,可以有效梳理毛发,而且用手指即可抹掉梳齿间的毛发,非常方便。

 

▲猫舌头上的倒勾。

 

机翼与子弹火车

部分常见的交通工具也是模仿生物而设计的。

▲机翼也是模仿鸟翼而成。
▲高速列车的流线形车头则模仿了翠鸟的嘴。


模仿整个生物的机械

表演用的机械蜘蛛

它的名字是「La Princesse」, 即法文的「公主」,是2008至2009年法国大型机械音乐剧团「La Machine」表演用的巨型机械蜘蛛!

▲La Princesse 重37公吨,高12米,整体有50多个可活动的关节,由10多个人控制,更需要另外200多名工作人员移动它!

 

机械血细胞

随着技术进步,模仿生物来制造机械的科学也逐渐成熟,因此出现专门研究仿生机械的学科。然而,仿生机械不限于「有手有脚」的机械人,就算是微小得像细胞大小的机械人,也在研究之列。

今年5月,科学家研究出一种「机械白血球」。它可以由外界的磁场引导,带着药物到达体内任何部位,然后释放药力达至治疗之效。

此外,科学家也提出研究机械红血球,但目前仍在构想阶段。红血球须负责携带氧气及二氧化碳,它的原理较复杂,因此暂时未有机械替代品出现。

▲红血球。(Photo by OpenStax College/CC-BY-SA 3.0)


仿生机械的发展

有些仿生机械是模仿整只生物,也有些是身体某一部分,例如机械脚、机械翼、机械器官等。

机械眼

2020年6月,香港科技大学的国际研究团队利用首创的3D 人工视网膜技术,制造出一只机械眼。它产生的影像比其他机械眼的更清晰,甚至可以看见红外线!

3D 人工视网膜从一种太阳能板发展而成,因此也有太阳能板的功能。除了红外线感知,这个视网膜还可为整只机械眼供电呢!

 

人工神经细胞

神经细胞如果受到伤害,不但复原速度慢,而且不一定能完全康复。日本东京大学的研究团队就研发出人工神经细胞,用来替代受损的天然神经细胞。

人体内的神经线由神经细胞串连而成,可以单向传递神经讯号。有了这种机械神经细胞,将来甚至可能研究出「机械脑」呢!

有触觉的义肢

义肢也属仿生机械,虽出现已久,但一直无法为使用者产生触觉。而首个令使用者有触觉的手臂义肢,就在2020年4月由瑞典查尔摩斯工学院的研究团队成功制造出来了!

这种义肢跟人体的神经线、骨骼及肌肉连接,使用者需要约7 年时间熟习,到最后1 年才能启用触觉功能,目前正准备进行人体试验。

(內文插圖取自:《兒童的科學》第186期)

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