第2章 天然微結構材料——動物啟發

2.1 引言

通過第1章對微結構材料的總體概述，想必大家對微結構材料的概念有了一定的了解。它不僅具有輕質的特點，而且具備優異的力學、吸能、聲學及熱學等性能。而這些特殊結構的設計并非源于人們的空想，一切都可從自然界中找到答案。自然界是人類最好的老師，人類的大部分發明創造源于自然的啟發。在生物的長期進化過程中，生物體形成了特殊的材料和結構，在某些特定功能上遠遠超過了人造材料。其中，微結構材料的設計理念源于大自然，如人體骨骼、軟木蜂窩結構、犀牛鳥嘴、蜻蜓翅膀等，其結構內部并非實心，卻具備實心材料無可比擬的獨特性能^[1]。

仿生學有一句話：“動物都是發明家”^[2]。例如，蜜蜂，被稱為最會“落地”的發明家，在從高空落到地面的過程中，蜜蜂通過調整飛行速度，使其在落地的瞬間，速度恰好為零，實現最簡捷、最經濟的飛行。而科學家正是基于這一點，設計研發了微型航空降落裝置，從而實現無人偵察機的軟著陸；蝙蝠，被稱為最會“走路”的發明家，蝙蝠在夜間飛行時會不斷向外發出聲波，通過反射回來的聲波來判斷周圍的障礙物，從而及時地躲避障礙，于是科學家發明了“蝙蝠拐杖”，來幫助盲人在獨自出行時可以順利繞過路障。許多仿生學者受生物啟發，常常在試圖模仿大自然賦予各種生物的不同能力，通過研究動物特殊行為下的工作原理，將其應用于工程技術領域。創造新技術來發明性能優越的裝置和機器，解決人類生活中面臨的實際問題。本書第2章和第3章將分別從動物和植物角度追溯微結構材料的仿生起源，講述它們與微結構材料之間微妙的聯系。