仿生学：向自然界学习

仿生学：向自然界学习

仿生学是一门通过模拟自然界的结构设计和工程原理来开发新技术的学科。从受白蚁丘启发的建筑通风系统到模仿座头鲸的风力涡轮桨叶设计，仿生学在能源效率、材料科学等领域展现出巨大的应用潜力。本文将为您详细介绍仿生学的最新发展及其在可持续发展方面的贡献。

仿生学：向自然界学习

仿生学这一领域旨在通过模拟自然界的结构设计和工程原理，以此来开发新技术并推动更为环保的未来。例如，灵感来源于壁虎脚掌的黏合剂、受鲨鱼启发的金属探测器以及模仿蛇类可以在完全黑暗的环境中探测到温血猎物而设计的夜视镜。作为一个发展非常迅速的领域，研究和专利数量迅速增加，并且得到政策支持——这是一项具有特色的自然领域投资。

您知道吗？

• 津巴布韦一家购物中心采用受白蚁丘启发的通风系统，将对空调的依赖度降低了90%。
• 工程师通过将类似座头鲸身上凸起的结构融入风力涡轮桨叶的设计中，使发电效率提高了10%。
• 2016 年，仿生学相关出版刊物仅有3%涉及可持续发展，而到 2020 年，这一比例增长至 7%，表明该领域对可持续发展的重视度日益提高。
• 1995 年至 2020 年，以仿生学研究为重点的研究文章和会议论文增加了60 倍。
• 2004 年至 2021 年，仿生学可持续发展研究出版刊物中有 28%专注于资源效率，居所有类别之首。
• 2004 年至 2021 年，20% 的“仿生学可持续设计”出版刊物发表于中国，居各国之首。

从自然界汲取灵感

仿生学通过研究植物、动物和生态系统的形态（形状和结构）、过程（行为和方法）和系统（相互依存性和生态系统）来观察自然界事物的运作模式，并将其转化为创新和可持续的解决方案。该领域致力于改善能源效率、可持续材料以及强度和耐用性等领域的人工流程。

模仿自然界中的形态——利用带有凸起部位的涡轮桨叶来提升效率

工程师将类似于座头鲸身上的结构（如高尔夫球大小的凸起）融入风力涡轮桨叶的设计中，得以减少涡轮桨叶的阻力，使桨叶更快速地旋转，从而增加 10% 的电力输出。

资料来源：汇丰（根据 Wenliang Ke 等人，2022 年）

模仿自然界的工程原理——受蝴蝶翅膀启发更高效的太阳能电池

研究人员研究了某种蝴蝶的吸光性黑色翅膀，发现上面存在微小且不规则分布的孔洞，这些孔洞能散射阳光，从而提高对光的吸收效率。通过模拟这种结构设计，研究人员创造出了带有类似孔洞的薄硅太阳能电池，可以在任何角度下吸收光线。

资料来源：汇丰（根据 Siddique 等人，2017 年）

模仿自然界系统——受荷叶启发的衣物

科学家正在研发模仿荷叶自洁特性的面料，这有助于减少洗涤用水量，最终能降低生产布料的污染。

资料来源：汇丰（根据 Becky Poole，2007 年）

快速发展

在过去三十年里，仿生学研究的受关注程度大幅飙升，材料科学、化学及工程学等多个科学学科的研究出版刊物在 1995 年至 2020 年期间增长了 60 倍便足以证明这一点。这充分展现了生物启发的强大力量，以及仿生学在助力推动科学和技术进步方面的应用价值。

积极适应可持续发展

然而，并非所有仿生学研究都被认为是具有可持续发展的特质。Jatsch 等人 2023 年的一项研究发现，“仿生学研究亟需加大可持续发展设计的力度”。该研究发现，2016 年在仿生学相关出版刊物中只有 3% 与可持续发展相关，但到 2020 年这一比例已上升至 7%，这表明该领域对可持续发展的关注度越来越高。

在那些确实对可持续发展有明确贡献的研究论文中，被探索的领域颇多，而效率是其中的重要关注点。Jatsch 等人还指出，全球碳排放的最大来源国（中国、美国、印度和欧洲）也是积极推动将可持续发展纳入仿生学研究的主要贡献者。

资料来源：Jatsch 等人，2023 年

争相从大自然学习汲取灵感

自 2000 年以来，仿生学专利数量也大幅增加。Haejin Bae 在 2023 年的一项研究指出：“仿生学技术正处于增长阶段，预计未来这一态势仍将持续，而韩国和美国正处于开发的领先地位”。

光辉前景

人工智能

人工智能有望加速仿生学的发展进程，并通过数据处理、模拟、建模和模式识别等手段，实现更精准、更复杂的分析。例如，亚利桑那州立大学的研究人员正在重点研究蚂蚁和蜜蜂等群居性昆虫。通过研究这些昆虫的行为——即它们如何沟通、解决问题以及适应它们所处的环境，研究人员正在设计能够在工厂及况下（如援助灾区）中一同工作的机械人。

政策格局

随着越来越多的政策致力于促进创新和可持续发展，仿生学领域的前景看好。如今，越来越多的政府开始意识到仿生学的潜力，并开始实施国家层面的政策举措，以支持仿生学领域的研究和开发。

和大自然合作

我们认为，随着生物多样性在全球议程中的地位不断提升，对仿生学的政策支持也将随之增加。例如，一些新兴经济体正在探索如何利用其本地生物多样性推动创新，为仿生学研发打造有利的生态系统，并促进国际研究合作。

其中一个重要角度在于整合利益共享框架，确保仿生学带来的经济利益和生物多样性保育一致。这涉及建立保护生物多样性热点地区的法律框架，确保仿生学实践不会损害自然生态系统。

结论

随着我们不断发掘仿生学的巨大潜力，其影响力必然将持续扩大并推动不同行业和技术的进步。仿生学研究所设立了“希望之光奖加速器”(Ray of Hope Prize Accelerator) 项目，以此为那些“受自然启发、具有高影响力的初创企业”提供支持。让真正采纳并融合这类技术的企业和投资者有望成为塑造更可持续未来的先锋。

鉴于消费者越来越关注更具可持续性的解决方案，仿生学提供了一个和自然领域相关的投资机遇。通过应用生物灵感技术，投资者和企业不仅能够获得潜在的财务收益，还可以成为积极变革的催化剂，帮助推动向更环保的经济，以及更健康的生活环境。