尖端工程借用自然的创新

在没完没了地寻找跳跃、抽水或跑得更快更好的新设计的过程中，科学家们正从大自然中寻找灵感。仿生学领域模糊了生物(如蝴蝶的鼻子或跳蚤有力的腿)和无生命生物之间的界限，从而推动了新的解决问题的技术。科学记者迈尔斯·奥布莱恩报道。

科学家们一直在试验一个大胆的想法，希望在设计新机器和机器人时从大自然中获得灵感。目标是什么？改进设备和创新以改变医学等等。

迈尔斯·布莱恩为我们的科学技术前沿突破系列报道。

在没完没了地寻找跳跃、抽水或跑得更快更好的新设计的过程中，科学家们正在从实验室的窗户或镜子中寻找灵感。

在某些方面，我们在工程学上试图做的几乎每一件事实际上都是在试图复制我们在自然界中发现的美丽、错综复杂和复杂的东西。

伊利诺伊大学的生物工程师拉希德·巴希尔(Rashid Bashir)和他的团队正在开发所谓的生物机器人，这种机器人使用闪光激活的真实肌肉移动。

巴希尔看到了很多潜在的应用，比如清除有毒物质或治疗心脏病患者的微型凝块机器人。

我们正在做的是试图概括自然界中存在的东西。那么，现在的想法是，嗯，我们可以开始学习其中的一些设计规则吗？我们怎样才能用这些活细胞建造非自然的系统呢？

巴希尔的工作是加速发展趋势的一部分。欢迎来到奇特而又熟悉的生物灵感设计或仿生世界。

Janine Benyus是一位生物学家和作家，她普及了这个术语，并在1997年写了一本关于这个主题的书。

你有新颖性和可持续性。这就是许多发明家现在转向仿生的原因。

物理学家塞斯·弗雷登就是其中之一。他是布兰代斯大学仿生软材料中心的负责人。在这里，他们想了解生物如何运动的基本原理。

他和他的合作者Zvonimir Dogic正在研究人造纤毛，细胞表面的微小毛发状突起。它们同步工作以移动液体。

虽然这些纤毛是微小的，但它们可能会导致开发更复杂的材料来执行更复杂的任务，比如不需要泵的管道。

你的心脏会抽出液体。你的肠子会抽出液体。现在，如果我们想通过管道输送石油，我们必须在一端有一个泵，并产生压力来驱动它。

为什么我们不能有这样一种管道，它消耗流经它的液体的能量，就像我们的心脏消耗流经它的血液的能量，然后收缩一样？

不，它不是活的。它只是一台简单的机器，但它不是有一个由许多死部件组成的外部泵，它是由流体组成的，它是由数百万个单独的部件组成的。

在特定的条件下，所有这些机器都会朝特定的方向移动，并与之一起推动流体。

克斯特亚·科尔涅夫和他在克莱姆森大学的团队也在研究自然界移动液体的方式。

他们将重点放在蝴蝶的嘴巴或鼻子上，以激发材料科学的突破。科尔涅夫和他的团队希望制造具有类似特性的合成纤维。最终，他们想要建造一种微虹吸管，可以吸收或分配微小的液滴。这样的设备将有广泛的应用，比如新的医疗工具。

所以你可以考虑戳单个细胞，从特定的，比方说，细胞核或某个地方，在单个细胞的点上取一小滴，或者如果你能去大脑做脑部手术。

机器人专家莎拉·伯格布雷特(Sarah Bergbreiter)也在沿着同样的思路思考。她和她的团队在昆虫的启发下建造了微型机器人，这些机器人可以成为令人印象深刻的跳伞者。跳蚤可以跳到它们身体长度的200倍。

我们能做的就是压缩这个，把能量储存在那些橡皮筋里，然后把那些释放出来，以便跳跃。

Bergbreiter认为有一天微型机器人可以携带摄像头和传感器进入小地方进行监视，进行显微手术，爬进裂缝中监控建筑物和桥梁的结构安全，甚至可以部署执行搜救任务。

我的照片总是，你有满满一桶这些小机器人。灾难发生后，你把他们扔进废墟，他们有足够的能量去找人，说，嘿，在这里挖吧。

她用3-D打印机制造机器人。这种新兴的制造技术使工程师和发明家能够跳出工业革命以来一直存在的设计框框进行思考。

在波士顿附近的3D打印初创公司Desktop Metal，他们正在使用人工智能进行设计。工程师安迪·罗伯茨(Andy Roberts)告诉机器零件将遇到什么应力，剩下的工作由软件完成。

这是一个受自然启发的工具，旨在使在这里创建这些疯狂形状的部件变得容易。在这一次，我们正朝着一个共同的目标生长三种不同的茎。

虽然它们现在看起来像三个有机体，但它们会结合在一起，融合成一个生物体。这种模拟自然界中无时无刻不存在的随机和累积力的能力往往会使这些部分的整体行为更具弹性。

我已经从底板上的单个种子细胞引发了这个设计的生长。

因此，当机器被告知要设计一台机器时，它会制造出看起来像是属于大自然的东西。哦，真讽刺。

归根结底，真正的仿生想法是，你在功能上与隔壁的荒野没有什么区别。

但这是合情合理的。毕竟，38亿年来，大自然一直在完善设计。