冰冷的機械與靈動的生物,看似屬於完全不同的世界。然而,你知道現實中許多機械或發明,都是以生物為靈感,甚至模仿着生物的外形或特點而創造的嗎?一起來認識這些模仿生物的發明和仿生機械吧!
機械也跟演化有關?
40 多億年前,地球就出現了微生物。自最原始的生命出現後,每繁衍一代都可能產生一點變異。當中有利生存的變異會保存下來,經過數十億年後,發展成現在的各種生物。牠們各有久經試煉的生存之道,正好讓人類借鏡。
人類有不少發明,包括機械人和日常生活用品,都是從生物得到靈感的!
一些模仿生物的發明
「貓眼」
這種馬路裝置在晚上受車頭燈照射時,光線會反射到司機眼中,令他們更容易看到行車線。這個裝置是英國的珀西.肖(PercyShaw)看到真正的貓眼在黑夜中發光而受到啟發,才發明出來的!
▲在黑夜中發光的貓眼睛。
(Photo by Robert Illes/CC-BY-SA 4.0)
▲馬路裝置「貓眼」。
(Photo by Rossographer/CC-BY-SA 2.0)
魔術貼
牛蒡的果實有很多細小的倒勾,可以將自己勾在動物皮膚或人們的衣物上,藉此播種。瑞士的電氣工程師喬治.梅斯卓(George de Mestral)觀察到這個現象,於是利用相似的原理發明了魔術貼。
▲充滿倒勾的牛蒡果實。
(Photo by Robert Illes/CC-BY-SA 4.0)
▲利用倒勾黏在一起的魔術貼。
模仿貓舌頭的毛刷
科學家一直從大自然取得靈感。2018年,他們參考貓的舌頭設計了一款梳。它的梳齒就像貓舌上面的倒勾,可以有效梳理毛髮,而且用手指即可抹掉梳齒間的毛髮,非常方便。
▲貓舌頭上的倒勾。
機翼與子彈火車
部分常見的交通工具也是模仿生物而設計的。
▲機翼也是模仿鳥翼而成。
▲高速列車的流線形車頭則模仿了翠鳥的嘴。
模仿整個生物的機械
表演用的機械蜘蛛
它的名字是「La Princesse」, 即法文的「公主」,是2008至2009年法國大型機械音樂劇團「La Machine」表演用的巨型機械蜘蛛!
▲La Princesse 重37公噸,高12米,整體有50多個可活動的關節,由10多個人控制,更需要另外200多名工作人員移動它!
機械血細胞
隨着技術進步,模仿生物來製造機械的科學也逐漸成熟,因此出現專門研究仿生機械的學科。然而,仿生機械不限於「有手有腳」的機械人,就算是微小得像細胞大小的機械人,也在研究之列。
今年5月,科學家研究出一種「機械白血球」。它可以由外界的磁場引導,帶着藥物到達體內任何部位,然後釋放藥力達至治療之效。
此外,科學家也提出研究機械紅血球,但目前仍在構想階段。紅血球須負責攜帶氧氣及二氧化碳,它的原理較複雜,因此暫時未有機械替代品出現。
▲紅血球。(Photo by OpenStax College/CC-BY-SA 3.0)
仿生機械的發展
有些仿生機械是模仿整隻生物,也有些是身體某一部分,例如機械腳、機械翼、機械器官等。
機械眼
2020年6月,香港科技大學的國際研究團隊利用首創的3D人工視網膜技術,製造出一隻機械眼。它產生的影像比其他機械眼的更清晰,甚至可以看見紅外線!
3D人工視網膜從一種太陽能板發展而成,因此也有太陽能板的功能。除了紅外線感知,這個視網膜還可為整隻機械眼供電呢!
人工神經細胞
神經細胞如果受到傷害,不但復原速度慢,而且不一定能完全康復。日本東京大學的研究團隊就研發出人工神經細胞,用來替代受損的天然神經細胞。
人體內的神經線由神經細胞串連而成,可以單向傳遞神經訊號。有了這種機械神經細胞,將來甚至可能研究出「機械腦」呢!
有觸覺的義肢
義肢也屬仿生機械,雖出現已久,但一直無法為使用者產生觸覺。而首個令使用者有觸覺的手臂義肢,就在2020年4月由瑞典查爾摩斯工學院的研究團隊成功製造出來了!
這種義肢跟人體的神經線、骨骼及肌肉連接,使用者需要約7年時間熟習,到最後1年才能啟用觸覺功能,目前正準備進行人體試驗。
(內文插圖取自:《兒童的科學》第186期)
