源于大自然的新发明

方陵生

螳螂虾的超坚韧“铠甲”：轻巧坚韧的新材料

螳螂虾精力充沛，和同类打架从不退缩。两只螳螂虾可能打得不可开交，但战后双方都毫发无损。这是因为这些勇敢强壮的“小战士”的背上覆盖着一层超级坚固的“铠甲”。这个被称为“尾节”的部位看起来像盾牌，其防御能力之强也堪比盾牌。

研究发现，这个“盾牌”坚不可摧的关键是其下面的螺旋状结构。这种螺旋状结构可以防止虾壳在生长过程中产生裂纹，并能够减小重击带来的冲击力。

未来，研究人员可以模仿螳螂虾尾节的微观结构和力学原理，开发出坚固、强韧的新材料并应用于各种新产品上，例如体育运动装备、防弹衣、无人机、风力涡轮机叶片、航空航天材料、汽车、飞机、直升机、自行车和船只等。

其中最先上市的很可能是体育用品。研究人员制作了一个头盔，这种头盔既可供建筑工人使用，也可作为橄榄球运动员的防护用品。从长远来看，获益更大、更全面的将是运输行业，因为更轻巧、强度更高的运输工具可降低燃料消耗，减少废气排放。

蒲公英种子的精巧“降落伞”：微型自动推进无人机

蒲公英的种子在风中轻柔地飘荡，在金色的阳光中轻轻落地。蒲公英的种子能够轻松潇洒“飞行”的关键，在于它精致的纤维顶冠。为了弄清楚这种像降落伞一样的茸毛是如何工作的，研究人员建造了一个风洞，对蒲公英种子进行测试。

他们发现，空气流过蒲公英种子细细的纤维时，会形成一种旋转气流。这种气流可增加种子的拖曳力，有助于种子在长时间、远距离的飞行中保持稳定。研究表明，蒲公英种子在保持飞行高度方面的效率是人造降落伞的4倍。

研究人员希望，这一发现能帮助人们在未来开发出微型自动推进无人机——一种飞行时几乎不需要消耗能量的无人机。这种无人机利用与蒲公英种子类似的人造刚毛，飘浮在空气中。它们可以在空中飘浮很长一段时间，还能携带相机或传感器等设备，用来监测和记录空气质量、风向或风速，以及各种人类活动。因为体形微小，它们几乎不会引起人们的注意，这样既不会干扰人们的生活，也具有较强的隐蔽性。

蜜蜂的防水花粉球：轻松粘取的黏合剂

蜜蜂从一朵花飞向另一朵花，采集花粉并将其储存在身上带回蜂巢。如果有一场突如其来的雨干扰了它的工作，它该怎么办呢？别担心，蜜蜂有解决办法。

蜜蜂在采集花粉时，会将唾液覆在花粉上。蜜蜂的唾液有点黏，因为它们喝的是花蜜;同时，花上的油脂也会覆在花粉上。唾液与油脂混合成为一种黏合剂，它能够把花粉变成可以防水的小球，防止花粉被雨水或露水打湿。

有意思的是，在黏合剂的作用下，花粉“吃软不吃硬”。蜜蜂返回蜂巢后，用后腿缓慢地推动花粉球，花粉球就很容易脱落下来。如果一滴自由下落的雨滴碰巧与其中一个花粉球碰撞，它就会黏附得更紧。

研究人员希望利用同样的科学原理研发高科技黏合剂，人们想用它粘东西的时候可以轻松粘上，想取下时也可以轻松取下。这种黏合剂的应用范围很广，包括在医疗和化妆品等领域。这种黏合剂也可以用于食品中，比如用于蛋糕等甜品的装饰，或用于调节食物的味道、营养成分、颜色等。

鲭鲨的鳞片：飞机减阻“贴膜”

鲭鲨游动的速度非常快，游速可达120千米/时。它们游得这么快，秘诀就在于皮肤上的微小鳞片。每个鳞片的长度只有0.2毫米，位于身体不同位置的鳞片可向后弯曲一定角度，最大后倾角度可达50°，其中位于鳃后的鳞片最柔韧。这些鳞片可起到减小水流阻力的作用，防止出现流动分离。

什么是流动分离呢？如果将你的手伸到移动的车窗外，手掌迎风，你会感觉有一股力量将你的手向后推。这是因为空气在手的两侧分离，在手的背面形成低压區，从而导致手掌比手背承受更大的压力。这种情况就是流动分离。

鲭鲨的身体呈流线型，这种结构有助于减小流动分离，但流动分离仍然可能发生。在这种情况下，鲭鲨身上柔韧的鳞片就起到了很有效的作用，它们有助于控制水流，减小阻力，使鲭鲨动作更灵活，游得更快。

对飞机来说，流动分离是很大的飞行障碍。未来人们或许可以借鉴鲭鲨的鳞片结构，设计出一种特殊的胶带，把它贴在飞机机身、机翼等部位，就能减轻因流动分离而导致的飞行阻力增加、性能或机动性降低等问题。

猫舌中空乳突：新型清理刷和软体机器人

猫经常用舌头舔皮毛，它们这是在为自己理顺皮毛，清洁身体。猫的舌头进化出了最高效的梳理功能。在猫砂纸般的舌头上覆盖着一种叫作乳突的尖刺，这种尖刺是由角蛋白（类似于指甲的坚硬物质）构成的。

研究人员发现，这些乳突并不像过去人们所认为的那样是锥形的，而是中空的勺状。这种独特的形状具有强大的表面张力，唾液能够被储存在里面，在需要清洁时再提取出来，因此猫的舌头上可以容纳很多“清洁液”。测试发现，猫整根舌头上的乳突足以让猫将约50毫升的唾液均匀地涂抹到皮毛上。

猫舌乳突还可以朝不同方向转动，这就使猫能够有效解开纠缠在一起的毛。研究人员用猫舌头的三维模型制作了一种梳毛刷，刷子上的小刺基本上就是放大版的猫舌乳突。这种刷子不仅可用来为宠物清理毛皮，还能给它们擦药膏和清洗剂等。

猫舌乳突的独特形状还能激发更多灵感，例如有人设想利用它开发一种更加方便有效的涂抹睫毛膏的新方法。有研究表明，模拟猫舌乳突的微型挂钩具有出色的抓握能力。相关技术可以应用于软体机器人领域，以提高它们的抓握能力。

（水云间摘自《科学画报·新知版》2020年第6期）