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仿生学(Bionics) 上

发布时间:2020-06-17作者: 阅读:(146)


地球上各种生物经过数百万甚至数十亿年的演化,不断适应环境变化而存活下来,其生存的独特本领各有所长,大自然常是人类灵感的来源。人类研究自然界不同生物的特殊本领,藉由大自然启发创新思维。

1958 年美国空军部航空局召开全球第一次仿生会议,由史提尔(J. E. Steele)少校首先提出仿生学(bionics)一词,是由拉丁文 bios(生命的)和 nic(具有…的性质)组合而成。所谓仿生学(或称biomimics、biomimetics、bioinspiration)或称仿生系统学(biomimicry),是一种是以生物系统的结构与功能为工程设计模型的人工系统科学,集合生命科学、物理学、材料科学、资讯科学、脑神经与认知科学、工程学、数学、力学及系统学等领域之统整科学。

仿生学是以生物科学和工程技术为基础而设计发展出的边缘科学(borderline science),应用仿生技术学习模仿各种不同生物系统所具有的特殊现象,如生物构造、器官功能、生理原理、能量供给、讯息传导、记忆与行为等各种生物系统的协调与控制,模仿后作成生物模型,进行研究,以启发新的设计,称为仿生设计(biologically inspired design),并启迪新的工作原理和系统框架。最后人类以创新的工程技术,设计并製造出适合人类需求的新型仪器或机械等产品。

简而言之,仿生学是人类利用大自然所启发的最佳灵感来创新技术或设计产品,不过其产品不一定是绿色环保或天然的。仿生学所带来的生活挑战从能源到材料的模仿与创新,目的就是为了使生活便利。

例如机翼模仿鸟类翅膀的结构与起飞与下降原理;义肢模仿人类骨骼与肌腱、关节间的附着、弯曲与运动等功能;手机机壳(mobile phone shell)模仿蝴蝶翅膀光子晶体(photonic crystals)的彩蝶效应(the butterfly effect);壁虎胶带(gecko tape)模仿壁虎脚底刚毛(seta)的不需黏胶还可重複使用并且容易撕开的壁虎效应;人工泪液(artificial tears)–多功能溶液模仿人类眼睛产生的泪液能清洁、滋润并抗菌的天然溶液;自洁材料(selfcleaning material)模仿莲叶的超疏水性与自洁功效的莲叶效应(lotus effect);智慧型衣服(smart clothing)内的导频调节器(pilot regulator)模仿松树毬果(pinecone)于极端天气时能帮助调节体内的温度。

建筑设计也可应用仿生学使设计熵(entropy)更低,使建筑物变得更简单有序而环保,甚至成为绿建筑。诚如 Albert Einstein 所言“Look deep into nature, and then you will understand everything better.”「深入研究大自然,你将明白一切会更美好。」

2012 年 You The Designer 选出全球十大仿生建筑设计:台北101大楼仿生竹子的节节高升、柔韧有余的结构,採用双层隔热玻璃帷幕墙、垃圾运送及减量系统、中水系统、能源管理和楼宇管理控制系统,并于 2009 年获得美国环保署 LEED-EBOM(Leadership in Energy and Environmental Design – Existing Building Operation and Maintenance )的白金认证,成为全球最高的绿建筑。2008 年奥运会会场北京国家体育场–俗称鸟巢,因仿生鸟巢设计而闻名,採用先进的钢铁建筑技术以自然採光达到节能减碳的环保目的。

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图一、2004 年完工启用的台北 101 大楼是当时世界第一高楼,直到 2010 年才由阿联杜拜的哈里发塔取而代之。

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