文/王 麟
意大利文艺复兴时期著名画家达·芬奇曾经说过：“人类的灵性将会创造出多种多样的发明，但是他们并不能让这些发明更美妙、更简洁、更明朗，因为自然的产物都是恰到好处的。”此言不虚，大自然的鬼斧神工，是我们取之不尽、用之不竭的智慧灵感源泉，将这种智慧和灵感用在人类生活中，促进科技发展，推动社会进步，就是“仿生技术”。我们就从“植物仿生”领域作为切入点，领略一下大自然创造万物的神奇之处吧。
植物形态仿生不是“东施效颦”
植物仿生研究，是如今的热门科研领域，那些高耸入云的参天大树，随风摇曳的绿竹修篁，亭亭玉立的遮天荷叶，触碰即合的含羞草，美味多汁的西瓜，都给了科学家和设计师们很多启发，创造出了功能各异的仿生产品。
木锯和车轮
在春秋时代，鲁班被带齿的植物叶子割破手指，进而迸发灵感，发明出了木工使用的锯子，这是人类很早以前利用植物进行仿生的例子，称之为形态设计仿生。除此之外，还有一种叫“飞蓬草”的草本植物，也给了古人以灵感，发明了改变人类运输方式的车轮。“飞蓬草”是两年生的草本植物，茎秆挺直，高达60 厘米，夏季开花，花朵枯萎之后，从根部断开，遇风旋转，酷似哪吒的风火轮。史书中有“见飞蓬转而知为车” 的记载，说明至少在四千多年前，古人受到了飞蓬草的启发而发明了车轮。
带齿的植物叶片
凌霄花微波收集器
凌霄花外形酷似铜钟，又像喇叭，花朵端部敞口膨大，而尾部却很狭长。这也给了科学家以深刻启发，设计出了凌霄花形状的微波收集器。微波收集器阔口窄尾，有很高的灵敏度，可以最大范围地搜索目标微波，并将微波承载的能量和信息收集起来进行存储，作为绿色能源，或将其转换成数字信号，传播视频节目，或者留作科研之用。
凌霄花
除了锯子、车轮和微波收集器等实用工具之外，植物形态仿生绝大多数用在了日用品、装饰品和其他艺术设计领域。设计师们从多姿多彩的植物外形中获得灵感，为自己的艺术殿堂增添了很多美妙的造型。
植物结构功能仿生属于高科技
如果说植物形态仿生只做“表面文章”，那么结构及功能仿生则是货真价实的高科技。科学家们研究的是植物根茎叶的微米、纳米级微观结构，从分子层面弄清楚植物具备的特殊本领，并为我们所用，进而开发出全新的技术和材料。
参天大树隐藏的秘密
对于熟视无睹的参天大树，我们很少去关注一个问题，这些大树为何不能一直无限生长呢？为何树木不会被自己的自重压垮呢？前面一个问题涉及到了树木的生长极限，后一个问题则与树木的特殊构造有关。
由于树木属于“地向性”植物，通过克服地球引力向上生长，当树木的支撑力与自重达成一种平衡的时候，树木就停止生长。如果树木在生长过程有变成歪脖树倾向，那么偏离的位置会产生高应力，生长出额外的组织，迫使树木回到正常的位置，这说明树木有自修复功能，为开发仿生材料提供了有益思路。此外，树木的年轮结构和木纤维具备优异的力学性能，提高了木材的强度。树木有着庞大的树冠，却依旧屹立不倒，除了木材强度高之外，特殊的树冠状支撑结构，造型优雅，传递应力路径短，节点部位应力分布均匀，也给建筑师们以借鉴，广泛用在了大型建筑物设计中，比如德国的斯图加特机场航站楼就是典型的树形结构。
参天大树——红杉
德国斯图加特机场
中空竹子有大材
修竹苗条，进诗入画，是文人墨客的最爱，实际上，竹子的实用性要比艺术性更受人欢迎。竹子结构很特殊，属于由根部向上逐渐递减的圆锥形空心结构。竹竿每隔几厘米至十几厘米，便有一个竹节，由节的横隔壁组成一个纵横关联的整体，对竹竿的刚度和稳定性意义重大。实验结果显示，同样重量和长度的空心物体，要比实心物体更加牢固。带节的竹竿的抗劈开强度和横纹拉伸强度与不带节的竹竿相比，分别提高了128.3% 和49.1%。而竹竿的拉伸、弯曲、压缩等力学性能是沿着竹竿径向分布的——外层高、中间低，符合用最少的材料发挥最大效用的原理。
竹子
香港中国银行大厦
竹子这种性能应用广泛，一是用来制造仿生复合材料，强度比普通材料提高81%；二是可将这种薄壁带节的结构用在高层建筑设计上，能够实现功能与结构的完美统一。代表建筑有贝聿铭大师设计的香港中国银行大厦。
自洁材料学荷叶
说荷花“出淤泥而不染”并非溢美之词， 而是荷花的自洁能力非常强大，荷叶上面永远一尘不染，令人惊奇。经过研究发现，荷叶光滑的表面在高倍显微镜下其实凹凸不平，有许多纳米级的绒毛和蜡质凸起物。荷叶表面不亲水，雨水落在上面，还保持液滴形状，在下落的时候顺道给荷叶打扫了卫生。根据荷叶的自洁性质，可以开发很多自洁材料，广泛用于生产建筑涂料、服装面料、厨具面板汽车涂层等产品上面。一劳永逸，节省了大量清洗时间和成本。
显微镜下的荷叶
自然界的生物经过亿万年的优胜劣汰，在适应险恶环境的过程中，进化出了许多令人目不暇接、甚至拍案惊奇的完美结构。精巧的设计，优异的性能，让人叹为观止。要记得多向大自然学习，少向大自然索取！
