仿生的发明史

仿生的发明史

达芬奇(Leonardo da Vinci，意大利文艺复兴时期的伟大画家、雕刻家和建筑学家)被认为是现代仿生学之父。在大约公元1500年，在鸟翅模型之后，他画了一系列的无法实现的飞行设备草图。大约400年之后，奥托(Otto Lilienthal)成功了，他根据鹳的翅膀制造的滑翔机成功的在Brandenburger村飞行了250米，而且他也取得了“滑翔机之父”的称号。

直到上个世纪中期，有许多研究者都在不断尝试把自然界的形态和规则用于技术上。但是，仅仅在60年代初一种科学的综合分类学科才由它产生。

植物学家William Barthlott和他的同事Nesta Ehler在70年代中期发现纯粹的自清洁效应，也被叫做“莲花效应(Lotus effect)”。他们把一批多样的植物叶片放在一个特殊的显微镜下时，开始并没有什么特殊的发现。这两个科学家的研究围绕着这样一个问题：能否根据叶子表面纹理的不同来检测这组植物中扭曲的茎。

植物学的例行任务，就是在每一个研究之前观察某些植物时先要把植物清洗干净，这是研究者们不用思考而首先要做的。但是很快生物学家就发现一个非常荒谬的现象：就是只有那些表面很光滑的叶子才需要清洗，而其它的那些表面在显微镜下看起来很粗糙的叶子反而是干净的。对他们来说更值得注意的是：某些特殊的叶子甚至可以完全抵制水。在那时，很清楚地是自清洁效果是和可润湿性相联系的。

这种效果特别明显得表现在莲属坚果莲中：从显微镜下看发现莲叶子上有小的茸毛和小的蜡质覆盖在叶子上，水滴下来就象从热的炉盘上滴下来一样。Barthlott解释说：在光滑表面，水会在污垢上蔓延。在粗糙表面，水滴粘不牢，形成球状，在可以到达的污垢粒子上滚动并且带着污垢粒子滚动。

1977年，生物学家们在一段短的旁注中描述了这种现象。看起来这段旁注是很琐碎的，只是为了引起更多的注意。仅仅在1989年，William Barthlott，其时正在波恩大学做教授，重新注意到了这个旧的发现并和他的研究生Christoph Neinhuis一起详细的研究了这个现象。这两个人不仅成功的破译了“莲花效应”对生物学的意义，而且同时把它的不被脏物污染的原理应用于人造表面。

1996年Barthlott 和Neinhuis用一个带有新衣料的白盘子实现了他们的程序，同时注册了专利。他们在一个白盘子上撒上煤灰和颜料的混合物并且滴上一些水。很快，这个盘子就干净了。作为对比，一个擦的特别亮的清漆膜也撒上煤灰盒颜料的混合物，但是即使在长时间的漂洗之后，煤灰仍然存在，而且还有另一个脏的灰层，对清漆膜来说，只用水是不能清洗干净的。

莲花效应的历史，从它的发现到应用，典型的来自于一个研究规则“技术学习自然”：仿生学。

在如今对仿生学的理解普遍认为是“各种技术手段转化，建筑使用，规划步骤以及生物系统的设计哲学”的基础上。世界著名的动物学家Werner Nachtigall进一步简化了这个概念，他这样来概括仿生学的实质：“把从自然界学来的知识作为对独立技术形式的建议”。

在几百万年的优化中接近完美的自然发明是化学家、机械师和建筑师所期望的研究对象。