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仿生絕妙–師法自然 科學解密
大家或許有這樣的經驗:從公園散步回家後才發現衣服黏了一身白花鬼針草,這時候一定感到懊惱不已吧!其實,生活中便利的魔鬼氈,就是科學家模仿鬼針草果實尖刺和倒勾特性所創造的發明。此外,科學家觀察到蓮葉表面因為奈米現象,水珠滾動時能順便帶走髒污,根據「蓮花效應」原理,研發出有防水、撥水雙重功能的「防撥水外套」。這些實用的發明都有個共同點,都是人類向生物功能取經的例子。
 
 

    數千年來,大自然不僅提供人類文明發展所需的各項原料,更激發人類的創造力,發明出源源不絕的產品;而直到今天,我們依然能夠師法自然,持續地為科技發展寫下新的一頁。自然界中的生物為了適應環境,演化出形形色色的構造與功能,國際知名仿生學大師、美國生物學家珍妮.班亞斯(Janine Benyus)曾說:「我們和一群天才生活在地球上,而牠們知道如何從容不迫地活下來!」仿生學即是透過觀察、研究生物奧妙的生理構造與生存策略,轉換為科技,解決人類生活上的問題。「向大自然借鏡:生物行為的科學解密」計畫,介紹多種被仿生動植物的基本知識及仿生科技研發現況,透過本展將呈現不同領域中精彩的仿生學案例,邀請您進一步了解科技界的明日之星。

 

機器人系列─章魚、毛毛蟲、螞蟻、蟑螂、鰩魚

    是不是覺得機器人動起來總是「卡卡」的呢?那是因為傳統機器人以脊椎動物的構造為基礎去發展,堅硬的肢體只有在關節處才能動作;而仿生章魚、毛毛蟲的「軟Q機器人」,可以自由伸縮、扭轉、轉換形狀,甚至可以綁鞋帶!科學家也模仿章魚敏銳、伸縮自如的觸手,研發出「Octo-bot」機器人,未來有望執行深海探勘、維修核電廠等危險工作;螞蟻可以輕鬆舉起大於自身重量一千倍的重物,能負重、團隊合作的仿螞蟻微型機器人「μTug」也誕生了。而討人厭的蟑螂也有新用途,根據不同種類蟑螂能鑽進狹小縫隙、善跑能飛、靈活翻身的特質研發出多款機器人,將來有希望在地震、颱風、爆炸等天災中擔任救援工作,發展不可限量。仿生軟體機器鰩魚則是運用組織工程學以大鼠活體細胞培養製成仿生鰩魚游泳方式的機器鰩魚,未來可發展成人工心臟。

 

材料系列─壁虎、豬籠草、槐葉蘋、螳螂蝦、田蚌、巨骨舌魚、紅鮑、蟬翼、蜻蜓、捕鳥蛛

    家中常見的爬牆高手「壁虎」,也是人類取經的對象,未來人類像蜘蛛人一樣在光滑牆面上來去自如將不再是夢。科學家已成功研發出仿生壁虎足,穿戴這種裝備可以毫無困難地直立在光滑玻璃牆面上;更進階的「太空壁虎爪」在無重力的太空中依然具有黏附能力,能夠清除太空垃圾。除了動物,植物的仿生潛力也不容小覷,科學家根據豬籠草捕蟲籠唇部滑溜液膜致使昆蟲易於滑倒的現象,開發具有抗菌、抗腐蝕、自我修復功能的超滑塗層材料。近年漏油事件頻傳,有高吸油性的仿生槐葉蘋能高效清除海洋漏油,扮演海洋清道夫的角色。螳螂蝦、田蚌、巨骨舌魚、紅鮑殼等眾多具有堅硬外殼的生物也用於研發防子彈、防震材質。而蟬翼、蜻蜓翅膀皆因為具有殺菌功能開發為殺菌器材,未來醫院病房、門把、廚房料理桌應用此一生物科技,可取代傳統的化學藥劑殺菌方式。仿生捕鳥蛛的蛛毛合成奈米蛛毛能為色彩技術帶來革命,降低螢幕炫光和反射的問題。

 

醫療系列─蛛蠶絲、貽貝類、沙堡蠕蟲

    不只是機械工程,在攸關人類健康的醫學應用上,仿生科技更是扮演舉足輕重的角色!受傷後每次換藥過程總是充滿折磨,但以蠶繭和蜘蛛絲合成的人造蛛蠶絲,將成為傷患的福音。蜘蛛絲具有殺菌功能,絲蛋白容易被人體吸收,可以製成傷口敷料、減少換藥頻率,甚至術後能不用拆線。由於海洋環境與母體內的羊水相似,所以海洋生物也成為促進胎兒健康的學習對象——海岸邊常見附著在溼滑石頭上的貽貝類(臺灣俗稱之淡菜),其分泌的黏液被研發成可用於密封胎膜傷口的黏膠,能降低胎兒手術風險;胎兒浸泡在羊水中,一般黏膠遇水即會膨脹破裂,但沙堡蠕蟲築巢所分泌的液態黏膠解決了這個問題,被用來仿生成為修補胎膜的黏膠。

   

    其它例子如蝙蝠的回聲定位原理,促成了超音波在人類世界的廣泛應用,也發明仿生感覺裝置導盲帽;蜜蜂的蜂巢結構更是早已運用於各種建築和航太科技方面。這些都是已經運用於生活當中的仿生科技,此次展覽將複雜的生物科學知識透過視覺設計,由淺入深的帶領觀眾進入仿生學世界,透過觀察自然生態之奧秘,領略科技發展的創新突破!
 
展示圖文
展映實景
 
企劃製作
監製:科技部
策展:國立臺灣博物館 歐陽盛芝研究員
視覺設計:東臺傳播股份有限公司
 
文字審訂
國立臺灣博物館 歐陽盛芝研究員

國立臺灣大學機械工程學系  林沛群教授
國立清華大學材料科學工程學系  陳柏宇副教授
國立高雄大學化學工程及材料工程學系 鍾宜璋教授

 

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