向大自然學習

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蓮花出污泥而不染

蓮花出污泥而不染

喬治・梅斯卓(George de Mestral)是一位瑞士電機工程師,一九零七年出生的他從小除了愛運動,也喜歡動手發明新奇的玩意兒,十二歲的時候就設計出一款玩具飛機,因此獲得了人生的第一個專利。一九四八年已經在工作的梅斯卓向公司請了兩個禮拜的假,帶著心愛的獵犬上到阿爾卑斯山打獵,不久之後他開始為一件事苦惱,那就是山上隨處可見的蒼耳。

蒼耳是一年生的草本植物,圓形的果實上長滿了堅硬的刺,梅斯卓發現,這種鉤刺總是沾黏在自己的褲管和愛犬身上,需要花時間一一去除,但奇怪的是,這種刺卻不會依附在所穿的皮鞋上。這引發了梅斯卓的好奇心,在顯微鏡下仔細觀察,他注意到,是蒼耳果實上數以百計的倒刺勾住了衣服纖維和狗的毛髮。

從這個觀察發想,梅斯卓經過了十年的努力,發明出一種由纖維做為材質,具有緊固特性的鉤環設計,商品的註冊商標是維克羅(Velcro),這就是被稱為二十世紀最實用的發明之一,俗稱魔鬼沾的黏扣帶了。一開始魔鬼沾被應用在太空工業上,幫助太空人能比較容易地穿脫笨重的太空衣,不久之後,運動及幼兒服裝製造商也大量採用了這種設計取代拉鍊,梅斯卓因此成了大富翁,並在一九九九年獲選進入美國國家發明名人堂。到了今天,魔鬼沾可以說是無所不在,它甚至在第一個人工心臟手術中,用來固定病患的心臟,根據二零二五年最新的報導,臺灣某一家廠商一年生產的這種黏扣帶,竟然可以繞地球二十七圈!

魔鬼沾的發明是典型的仿生應用,也就是模仿各種生物型態的應用,透過仿生,科學家可以用來發展新的技術或是新的用途。仿生的實際應用有很多,最著名的,要算是第一次世界大戰期間聲納的發明,靈感是由蝙蝠放出高頻音律的回聲,進而能在黑暗中辨別方位而來的,這是回聲定位的應用。

蜘蛛會吐絲,蜘蛛的絲是由純蛋白質所構成,堅韌而且彈性好,質量極輕,繞地球一圈還不到五百公克,某些種類蜘蛛絲的強韌度甚至比製造防彈衣的材質克維拉(Kevlar)還要高。科學家在了解蜘蛛絲的化學組成與結構以後,就有可能以人工的方式,製造出強韌性極高的絲狀體,進而在國防工業、醫療生技、紡織布料等多個領域,開發出原先只能靠想像才會有的應用,像是蜘蛛絲是天然蛋白質,跟人體比較不會產生排斥,有機會用來製成手術用縫合線、醫療繃帶、人工器官與關節等。

不僅僅是動物,仿生應用也取材自植物。所謂「蓮花出汙泥而不染」,這是由蓮花葉片細胞的奈米特性所產生的自潔,也就自我清潔的效果,類似的原理可以應用在布料上,做出不容易黏附髒東西的衣物。

仿生的概念是科學家、工程師向大自然學習的結果,這是對大自然的致敬。我們的老祖先其實早就知道這個道理;兩千五百多年前老子在《道德經》裡不就提到了「師法自然」,以自然為師的概念嗎?

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莫洱的科學大白話
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有人說科學很難,也有人說科學離我很遠;如果妳或你也有這樣的感覺,那麼歡迎來到《莫洱的科學大白話》。我是莫洱,請讓我用輕鬆但不隨便的方式,跟大家聊聊身邊的科學大小事,您會發現,科學不僅有趣而且離我們好近,更重要的是,我堅信:懂一點科學能讓生活更豐富、更有自信! 所以,莫洱說:「沒事多科學,多科學沒事。」
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