你 即将快速、友好地了解一下它是如何运作的 仿生学 它将自然界久经考验的设计转化为现实世界的解决方案。这种方法研究生命的模式，以解决当今人类面临的问题。

简而言之，向其他物种学习能为更好的设计提供实用的线索。你会看到很多清晰的例子，从翠鸟喙状的火车到受鲸鱼启发而设计的涡轮叶片。这些理念可以减少浪费、提高性能并改善舒适度。

在接下来的几年里这种思维方式可以推广到各个行业，遍及全球。读完这篇介绍，你将清楚地了解如何重新定义挑战，如何在自然界中寻找以功能为先的线索，并将它们应用到你的下一个项目中。

仿生学对你现在意味着什么

现在大自然提供了一些经过验证的有效策略，您可以借鉴这些策略来减少能源消耗、节约用水并加快成果转化。您将看到一些具体的例子，证明这种方法在建筑和交通运输领域都行之有效。

从自然法则到现实世界的设计

仿生学 将生物学策略转化为切实可行的解决方案。建筑物消耗了全球约三分之一的能源。一些简单的措施——例如仿照鱿鱼皮的动态面板——就能模拟出高达 43% 的总节能效果。以白蚁丘为蓝本的东门中心，可减少约 90% 的供暖和制冷负荷。

为什么当下对气候、能源和材料至关重要

当你把问题与生活中的模式联系起来时，就能找到快速、低风险的应对方法。翠鸟形机头能降低列车能耗 15%，并降低噪音。你可以先针对一项功能进行优化——例如冷却、过滤或控制光线——这样就能让飞行员在几个月内而不是几年内投入使用。

• 绘制问题图 借鉴自然界的类似物，并借用对空气、水或光的控制。
• 优先排序 降低气候风险而不降低性能的材料和系统。
• 设定时间预期快速试点项目与较长的研发周期。

仿生创新在交通运输和能源领域的应用

如今，工程师们正在模仿鸟类、鲸鱼、鲨鱼等动物的形态来解决阻力和动力问题。 你会发现一些清晰的例子，展示了微小的形状或表面变化如何带来能量和性能的巨大提升。

翠鸟号列车：更安静、更快捷的新干线性能

工程师中津英二借鉴翠鸟喙的形状，重新设计了新干线列车的车头。这种新造型使能耗降低了约151吨/立方英尺，减少了隧道吊臂的使用，并将速度提高了约101吨/立方英尺。

座头鲸的鳍：结节可增加涡轮机的升力并减少阻力

鲸鱼鳍状肢上的结节能够引导气流，从而增加升力并降低阻力——测试表明，阻力最多可降低 32%，升力最多可增加约 8%。像 WhalePower 这样的公司报告称，涡轮机功率可提高约 20%，部件寿命也更长。

鸟类V字形编队：节省喷气燃料的编队飞行理念

研究人员 例如，斯坦福大学的伊兰·克鲁提出了V字形编队飞行方案，让飞机利用翼尖上洗气流来节省燃油。模拟结果表明，在长途航线上，最多可节省151吨燃油。

鲨鱼皮纹理：减少船体阻力，提高效率

微小的齿状结构可以打散涡流，降低阻力，并防止污垢附着。类似的纹理可以应用于船体、宇航服或医院的地面，以减少维护工作并提高效率。

• 实用建议： 重点在于流动控制——形状和表面特征控制湍流、压力和边界层。
• 考虑： 在全面部署之前，需要在制造工艺、涂层耐久性和监管准备方面做出权衡。
• 交通运输和设计示例 提供更深入的案例研究供您探索。

来自大自然的用水智慧：收集、过滤和混合

实际的 植物和动物的设计提供了低能耗的水收集和处理方法，您可以快速部署。

从沙漠贝壳中收集雾气

纳米比亚沙漠甲虫利用亲水凸起和疏水通道从空气中吸收水分。你可以复制这种微观结构，在干旱地区收集雾气或回收冷凝水。

受水通道蛋白启发的选择性膜

水通道蛋白能够输送水分子并阻挡盐分，从而指导低能耗过滤设计。企业利用类似硅藻的二氧化硅来稳定这些通道，以制造出耐用、无毒的膜，用于实际应用系统。

螺旋流和植物形态可实现高效混合

螺旋式搅拌器的设计灵感源于百合花的形状和自然涡流，与标准搅拌器相比，能耗可降低约30%。这种几何形状在改善混合效果的同时，还能减少驱动水泵和曝气所需的功率，从而降低碳排放和运营成本。

• 快速见效： 改造雾气收集器或更换螺旋混合模块。
• 需要测量的内容： 回收率、压降和每加仑处理量的能量。
• 材料说明： 选择性涂层和网状结构可实现定向润湿和延长使用寿命。

受生物启发而来的健康与医学

生物 教我们如何以低成本的方式减轻注射疼痛，并简化疫苗的运输。你会发现两条对诊所和一线工作都至关重要的明确路径。

蚊子的喙：疼痛感较轻的针头

由 MK Ramasubramanian 等人 (2008) 领导的研究人员研究了蚊子的喙，并利用这一想法设计了一种三叉针。

结果： 插入疼痛感降低，患者反馈体验更加舒适。这种机械方法着重于结构和表面化学性质，以减少不适感。

无水生物策略：无需冷链的疫苗储存

有些生物通过稳定蛋白质来度过漫长的干旱期。Nova Laboratories公司将这一概念应用于一种利用糖浆的脱水方法。

疫苗可以干燥、运输，并在使用地点进行复水。这解决了核心问题。 需要—在制冷系统失效的情况下提供可靠的访问途径。

• 您可以评估的内容： 机械设计、补水动力学和监管契合度。
• 对于该领域的人员： 培训、处置以及与现有交付协议的兼容性都很重要。
• 试点方案： 与诊所合作，验证安全性、易用性和后勤方面的改进。

具有自愈能力、水下附着力和自清洁功能的材料

智能材料 正在改变你修复建筑物、将物品插入水下以及保持表面清洁的方式。

芽孢杆菌：可自愈的生物混凝土，节省时间和碳排放

自愈生物混凝土嵌入石灰石生产装置 细菌 孢子。当裂缝渗入水和空气时，微生物会被激活并沉淀碳酸钙以填充缝隙。

益处： 更少的维修、更长的资产寿命和更低的 碳 与维护相关（Hendrik M. Jonkers 的研究表明了实际收益）。

贻贝化学成分：无毒、强力水下粘合剂

受贻贝启发而研发的聚合物模仿儿茶酚的化学性质，无需使用有毒溶剂即可粘合潮湿表面。像 Mussel Polymers Inc. 这样的公司利用这种聚合物来修复珊瑚礁和固定海洋紧固件。

荷叶效应和鲨鱼皮：自清洁、防污、抗菌表面

微粗糙的荷叶涂层可防污；鲨鱼皮状的细小齿状结构可减少生物污垢和细菌粘附。这些 材料 在对卫生要求较高的场所，减少清洁、用水和强效杀菌剂的使用。

• 你将学到： 细菌激活修复和儿茶酚粘合剂在实践中的作用机制。
• 设计说明： 关键特性——孔隙率、微观粗糙度、发射率——决定功能和测试方案。
• 商业影响： 实例表明，使用寿命延长，停机次数减少，损益表运营效率提高。

日常生活中以自然为灵感的图标设计

一次对衣服上毛刺的好奇观察，促成了一种改变日常生活的微小装置。 1941年，一位瑞士工程师 乔治·梅斯特拉尔 研究了牛蒡刺如何附着在织物上。这一细致的观察成为了…… 主意 在魔术贴的钩环扣后面。

从毛刺到紧固件：一个简单的教训

魔术贴系统使闭合快速、可靠且易于使用。维可牢出现在服装上。 鞋医疗绑带和航空航天装备。

• 实地洞察： 步行进入 自然 激发了乔治·梅斯特拉尔的突破性进展，帮助人们更快地打开和保护物品。
• 实际案例： 在使用中 鞋装备、安全装置证明了设计的规模。
• 如何应用： 快速观察，制作低成本原型，并与客户一起测试可用性。

要点： 细节决定成败，产品往往需要改进。鼓励团队成员保持好奇心，将实地笔记转化为客户真正需要的实用原型。

会呼吸、会适应的建筑和城市

城市和建筑物可以学会呼吸，利用被动式技巧来减少能源消耗并提高舒适度。

白蚁丘通风 一个现实世界的例子启发了我们：位于哈拉雷的东门中心，由米克·皮尔斯设计。该系统能够稳定室内温度，与传统建筑相比，可减少约901吨的供暖和制冷能耗。

您可以在新建建筑或改造项目中应用相同的系统。利用热容量、合理布置的通风口和夜间冲洗来排出热量，无需使用笨重的机械风扇。这些措施可以在确定有源设备尺寸之前降低负荷，并在未来数年内降低运行成本。

从白蚁丘到城市网络

黏菌逻辑 这又带来了另一个启示。Atsushi Tero 的实验以燕麦片为城市节点，模拟东京的铁路布局。实验结果揭示了具有弹性和高效性的交通及公用设施布局，您可以将其应用于自己的城市进行测试。

• 实际操作： 绘制问题节点图，测试冗余度，然后利用自然界的启发式方法调整路线。
• 适用场景： 设计应符合建筑规范和运营要求，并尽早向公司或设施团队进行简报。
• 其原理： 背后的科学原理表明，流动网络如何最大限度地降低成本和风险——以此向利益相关者证明选择的合理性。

智能表面、色彩和光线

智能表面使建筑物和设备能够按需改变颜色和控制光线。 这些系统可以调节热量吸收和眩光，从而节省能源并提高舒适度。

鱿鱼皮动力学：可调智能窗口

多伦多大学 面板利用分层液体来改变色调和透明度。模拟结果显示…… 75% 减少供暖，节省约 20% 照明费用，以及大约 43% 总能量 某些情况下会削减开支。

这意味着可改装的太阳能电池板既能提供真正的效率，又能满足您在需要时保持清晰视野的需求。

壁虎脚部力学：无残留可重复使用粘合剂

斯坦福大学的研究团队复制了范德华力，制造出一种干式粘合剂，这种粘合剂具有牢固的粘合力和轻松剥离的特性。这种粘合剂适用于机器人、取放工具和轻柔的医疗界面。

• 你将学到： 如何将色彩和光线控制转化为窗户和面板设计。
• 设计技巧： 分层通道、可控流体和微纹理表面处理保持了透明度和抓握力。
• 部署检查： 大规模推广前，测试耐久性、控制系统和维护性能。

考虑形式和 形状 在不增加成本的前提下，做出兼顾功能的选择。将生物表皮的快速切换能力转化为可编程材料，应用于您的下一代产品或改造项目中——这些小而精的变革，却能轻松扩展。

食品、农业和循环系统

多年生混作 恢复草原生态可以保护土壤、节约用水，并确保多年稳定产量。您将看到，多种多年生植物混种如何减少灌溉需求、防止水土流失，同时增强抗病虫害能力和整体土壤健康。

草原生态系统：多年生混作农业以实现稳定高产

土地研究所 研究表明，模拟草原生态系统可以降低投入需求，并稳定各季节的产出。多年生植物的根系能够固土、支持微生物生存，并减少重度耕作或频繁施肥的需求。

益处： 用水量减少，耕作减少导致碳排放降低，作物多年表现稳定。

循环经济作为生态系统模拟：将废物转化为原料

循环系统将副产品重新转化为原材料。世界各地的公司将轮胎制成包袋，将甘蔗废料制成包装材料，将回收木材制成地板。

• 从哪里开始呢？ 试点与供应商合作，测试在包装或产品线中使用再生材料。
• 设计技巧： 明确规定哪些材料可以回收利用，并循环用作原料。
• 影响： 减少垃圾填埋场废物，减少资源开采，降低生命周期碳排放。

这些方法为您提供可规模化的实用解决方案。从小规模试验或供应商试点项目入手，降低变革风险，同时构建持久的材料和系统优势。

如何将大自然的智慧运用到你的下一个项目中

选择你的系统必须处理的具体任务，然后从自然界中寻找已经擅长该任务的物种。

定义所需功能：过滤、冷却、粘附或减少阻力

首先确定你的项目必须做好的单一功能——冷却、过滤、粘附或减阻。

请具体说明： 预先测量目标指标，以便测试能够回答明确的问题。

寻找具有相同功能的生物学冠军

列出一份天然类似物的简短清单。例如，水通道蛋白用于过滤，白蚁丘用于被动冷却。

与……合作 研究人员 并请领域专家提取您可以复制的关键模式。

将模式转化为可测试的设计原则和原型

将图案转化为简单的实验：先以低保真度模拟纹理、结节或荷叶效应涂层。

• 快速制作原型： 进行台架测试，测量能耗、压降、粘附强度或抗生物污损能力。
• 协调各利益相关方： 明确风险、成本和收益，以便快速获得批准。
• 迭代和扩展： 利用文献、数据库和协作 研究人员 完善设计，然后规划制造和系统集成。

这些实用功能 方式 让你运用源于自然的设计理念，在更短的时间内解决实际问题。将每次测试都视为一个学习循环，你就能将早期的成功转化为持久的解决方案。

结论

生活中的各种模式——形状、表面和流动——可以直接映射到你今天就可以使用的清晰、可检验的成功案例。 使用低风险飞行员可以减少能源消耗和碳排放，改善水处理性能，并减少阻力。

从小处着手： 测试表面、材料或控制规则并测量结果。一些公司已经展示了如何将鸟喙、鳍状肢、皮肤和树叶转化为可靠的技术。

未来几年，世界将从这些设计中获得更多价值。现在就迈出第一步，您的团队将在效率、韧性和实际影响力方面稳步提升。