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大自然經過 3.8 億年的進化，完善了生存過程——從鳥翅膀的設計到花朵授粉的方法。相較之下，人類只存在了地球壽命的一小部分，但我們卻不斷從大自然中尋求靈感。在此期間，大自然為人類提供了一種可以遵循的藍圖。
大自然以其獨特、高效、資源節約和自我維持而完美。它開發的設計和流程已經過數百萬年的測試，證明了它們在不同環境中的有效性。
例如，蜜蜂用來建造蜂巢的六角形結構。幾何形狀的高強度和穩定性使其成為蜜蜂的理想選擇，同時有效地使用最少量的材料。如今，人類將這種結構應用於各個領域，從飛機和太空船到建築和包裝。仿生學是指研究和模仿自然設計和過程以供實際使用。在本文中，我們將探討大自然提供的一些設計和流程，以及如何利用它們來創造更永續的人造結構。
飛機
仿生學最著名和最古老的例子是飛機。據信，鴿子的飛行激發了萊特兄弟創造出第一架飛機，並於 1903 年推出。的藍圖。這些特徵經過仔細研究，科學家們努力複製它們。
飛機設計師將機翼的形狀模仿鳥翼的曲面，在機翼上方和下方產生氣壓差以產生升力。飛機尾部的方向舵模仿鳥類的尾羽，以提供平衡和方向控制。透過應用自然設計原理，科學家們創造了一種比空氣重、可以在天空中飛行的機器。除了商用飛機之外，鳥類（例如鵝）的 V 形編隊也得到了研究。
V 形結構透過捕捉前面的鳥兒的上升氣流來幫助節省能量，從而減少後面的鳥兒保持空中所需的能量。軍事中隊應用這項原則來最大限度地提高能源效率。
尼龍搭扣
1941 年，瑞士工程師喬治·德·梅斯特拉 (George de Mestral) 從森林中散步回來，發現衣服和狗的毛皮上粘著牛蒡植物的毛刺，於是發明了尼龍搭扣。在顯微鏡下檢查它們後，德梅斯特拉爾發現毛刺的種子上有小鉤，這使得它們可以粘在衣服和毛皮上。
受鉤子設計的啟發，德·梅斯特拉爾發明了魔鬼氈——一種由兩部分組成的系統。一邊是小鉤，另一邊是小環。當兩側被壓在一起時，鉤子會鉤住環，形成牢固的連接。然而，這種連接的設計既要夠牢固，既能固定住，又要足夠輕，用足夠的力就能輕鬆分離。
如今，尼龍搭扣廣泛用於各種物品，從衣服和包包到醫用繃帶和理線器。實際上， NASA 也使用尼龍搭扣在零重力條件下固定物體。受簡單而有效的種子傳播設計的啟發，魔鬼氈已成為日常生活中無處不在的元素。它可作為紐扣和拉鍊的替代品，具有易於使用、可重複使用和高效等優點。
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白蟻
白蟻丘是白蟻創造的一種非凡的結構，為白蟻群提供庇護和調節生活環境。這些土丘由土壤、咀嚼過的木材、泥土和唾液製成，具有一個與地下隧道和房間相連的中央煙霧狀通風結構。這種設計有助於維持地下區域的最佳環境。
熱空氣透過中央結構上升，使冷空氣通過較低的開口進入。這確保了無論外部條件如何，土丘內的環境都能維持下去。該設計還有助於通風和氣體交換。這些結構的高度可達 9 米，可以屹立數十年，展現出其耐用性。
受白蟻丘的啟發，建築師設計了模仿這種結構的建築。最著名的例子之一是津巴布韋的東門中心。東門中心由 Mike Pearce 設計，旨在在炎熱氣候下為居住者保持可控的氣候，同時減少冷卻能耗。
自清潔表面
儘管存在於渾水中，但由於其葉子的超疏水性，蓮花仍然保持乾淨。荷葉表面覆蓋著微小的、覆蓋著蠟的凸起，導致水滴滾落，並帶走污垢和碎片。葉子表面的奈米結構（這些微小的凸起）減少了水滴的黏附力，使它們能夠吸附灰塵顆粒。這種現像被稱為“蓮花效應”，該術語由 Barthlott 和 Ehler 於 1977 年首次提出，描述了荷葉的自清潔特性。
從那時起，科學家就以荷葉為靈感，探索了具有自清潔功能的塗層。美國斯托公司（Sto Corp.）開發了一種受蓮花效應啟發的塗料，可以驅除污垢和污垢。
除了自清潔油漆、織物和塗料外，這種方法還用於開發太陽能集熱器、交通控制感測器和遮陽篷的材料。
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日本高速列車
翠鳥是一種極其敏捷和快速的鳥類，它們會猛撲到獵物上將其捕獲。它們會悄悄靠近，尤其是在水體附近，以避免驚動捕獲的魚。翠鳥喙的獨特設計賦予了它這一優勢。它的特徵是有一個窄、長、尖的喙，直徑從尖端到基部逐漸增大。這種設計有助於分散撞擊水面時產生的壓力，減少濺水噪音，確保高效、安靜、穩定的潛水。
開發新幹線高速列車的日本工程師最初面臨著由列車前部產生的大氣壓力引起的隧道轟鳴聲的問題。
為了解決這個問題，工程師研究了翠鳥喙的設計。他們重新設計了火車的前部，模仿喙的形狀，消除了隧道吊桿。這種設計也使火車的行駛速度提高了 10%，耗電量減少了 15%。
受鯊魚皮啟發的創新
鯊魚以其速度和水下游泳技能而聞名。毫不奇怪，科學家嘗試複製鯊魚皮用於各種應用，包括製作泳衣和抗菌塗層。鯊魚皮膚由稱為真皮小齒的微小齒狀結構組成，這些結構在一個方向上感覺光滑，在另一個方向上呈鋸齒狀。這些真皮小齒有兩個功能：它們充當防護甲並增強在水中的運動。
術語 真皮細齒 已被證明是鯊魚的有力工具。透過鋸齒狀邊緣擾亂水流，真皮小齒減少了鯊魚在水中移動時所受到的阻力，使其能夠快速、高效、安靜地游泳。這些結構還可以防止微生物附著在鯊魚的皮膚上。皮膚表面的微小脊可以阻止不受歡迎的搭便車者搭便車。
受到這種獨特表面的啟發，科學家將其複製到泳衣中以增強其性能。這些泳衣在奧運會上非常成功，以至於其中一款——Speedo LZR Racer——被國際游泳聯合會禁止使用。
然而，一些研究人員認為，鯊魚皮泳衣實際上會增加而不是減少阻力。鯊魚的身體比人類的身體靈活得多，這就是為什麼真皮小齒有助於減少阻力。雖然泳衣是透過觀察鯊魚皮膚開發的，但它們的成功可能是反覆試驗過程的副產品，而不是直接複製鯊魚的流體動力學優勢。
鯊魚皮也被研究用於醫療技術的發展，例如應用於醫院牆壁的塑膠板。這些床單有助於防止細菌和其他有害微生物的傳播，因為它們無法黏附在牆壁上。
蜂巢結構
如同引言中所提到的，蜜蜂所使用的蜂巢結構是一種高效率的幾何形式。自查爾斯·達爾文時代以來，蜜蜂選擇六邊形形狀的原因一直是科學界關注的話題，達爾文假設這種形狀是為了優化蠟的生產過程而採用的。這種形式最大限度地利用了可用的存儲空間，同時使用最少量的蠟。
1999年，美國數學家托馬斯·黑爾斯（Thomas Hales）證明，六邊形在使用最少材料的同時，使周長面積最小化，空間最大化。這被稱為「蜂窩猜想」。除了儲存蠟外，六角形細胞還可以保護和容納幼蟲，確保蠟在炎熱的氣候下不會融化。
受到蜜蜂的啟發，科學家將幾何學應用於飛機後視鏡、建築材料和風力渦輪機葉片。此設計著重資源效率、減輕重量和材料成本。
具體來說，詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的鏡子由 18 個呈蜂窩狀排列的六邊形部分組成。這種幾何形狀最大限度地提高了光捕獲的表面積，同時保持結構完整性並最大限度地減少重量，這對於太空任務至關重要。
這些只是仿生學以及自然如何激發高效設計和創新的幾個例子。該清單絕不是詳盡無遺的，僅涉及大自然在其結構和過程中所做的改進。如今，科學家正在研究許多自然系統和過程，以增強現有技術。
大自然不斷進化和優化其係統，不僅使自然世界受益，而且激勵人們進行創新並從中汲取靈感。
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