作者：玛特·富尼耶
出版社：江西人民出版社
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当自然赋予科技灵感（ 精彩案例追寻仿生故事，轻松看懂仿生发明的科学基础。）试读：
前言
仿生学是什么？仿生学，是代达罗斯（Daedalus），他为了带上他的儿子伊卡洛斯（Icarus）逃离囚禁他们的岛屿，而制作了飞鸟的翅膀。那双翅膀如此完美，以至于年轻的伊卡洛斯忘记了自己并非一只鸟，竟冒着生命危险飞向太阳——我们都知道结局是什么。在对这则神话的阐释中，我们常常忘记代达罗斯的天才发明，他实现了人类的梦想——飞翔，而且他是通过研究与模仿自然而实现的。
仿生学，是中国的一个村子，宏村。那儿的居民在 800 年前，将村子布局成了一头牛的样子。不过这并非简单的形状上的模仿，因为宏村拥有一套依照该动物的消化系统而修建的水利网络。仿照动物肠道而挖掘的水道可使净水流经居住的地方；污水则汇集来灌溉农作物。
仿生学，是一位英国园丁，他在缺少一个足够大的温室来庇护他视如掌上明珠的巨大睡莲的情况下，从睡莲的叶子中得到启发而建造了一种新型温室。这里所说的温室成为了一种新型建筑的起点，它使得玻璃护板的组合成为可能；这位园丁，约瑟夫·帕克斯顿（Joseph Paxton），出于他对建筑学的贡献，大英帝国授其为爵士。而那种睡莲叫做维多利亚睡莲（王莲），帕克斯顿是第一个成功让它在温室中生长的人。
仿生学，显而易见，就是对生命体的模仿，对自然过程的模仿，目的是创造新的技术或改良已有的技术。这本书讲述的是动物以及植物如何启发了发明家、工程师、建筑师、科学家……这些例子都发生在久远的过去或者更近一些的时期。本书也讲述了仿生学如何成为现代科学研究中最有前景的学科之一——无论是在发现还是在发明方面，它都拥有迷人的前景，尤其促进着环境无害型技术的发展，如无污染科技、可循环材料、可再生能源，以及显著减少能源消耗甚至零消耗的新技术……所有这些都像一个温柔的梦境。然而，它们的可能性——技术解决方案——都已经在大自然中呈现了。如空气调节系统和零能耗集水方案，都已经存在了。有些发明已经上市销售了，比如“天然”的抗菌外层（它由于表面的结构而变得抗菌，而非借助于化学物质）、一种不含任何有毒物质的工业木胶，以及建筑的自动清洁涂层——这三种产品分别模仿了鲨鱼、贻贝以及莲花的特性。
书中所描写的一些发明和方案会让人想到科幻小说，因为如今仿生学对尖端科技的影响显而易见。如太空探测器会像飞蛾一样飞行，太阳能板能像绿色植物一样进行“光合作用”，飞艇可以像鳟鱼游动一样推进……所有这些发明都是极其严肃的，而且，在短期和长期之内，它们都会成为我们现实生活的一部分。不断重启的历史
仿生学这个词语是新近产生的，但它的历史却并不短暂。事实上，我们不知道最早的人类科技是如何诞生的，也对最初的发明者知之甚少……
不过，我们却能知道，人类住得离大自然越近，他们就越模仿自然——显而易见。比如，生物学及仿生学学家戈捷·沙佩勒（Gauthier Chapelle）认为，因纽特人应该是从北极熊的巢穴中学习了如何建造他们的冰屋——这些冰屋同样具有空气调节系统。一种动物教会人类某种技能或者某种生产秘诀，此类传说多不胜数。在北美洲的沙漠里，或许就是胡蜂里的工蜂教会了印第安人如何用黏土建造他们的住房——这种住房神奇地抵挡了外部的炎热。在非洲，或许就是白蚁讲授了建筑的艺术——同样是这些白蚁，使得一种零消耗空调系统在 20 世纪末被投入使用。
仿生学的历史是一段不断重启的历史：在每一个时期，人们都从大自然中探寻解决技术难题的方法。比如，航空技术的先驱们花费数年时间观察鸟类、蝙蝠、昆虫甚至种子的飞行。
这同样也是一段永不完结的学习历史：人类的技术不断发展，我们对自然的认识以及对自然的观察方式也在不断革新。例如，扫描式电子显微镜使生物学家威廉·巴特洛特（Wilhelm Barthlott）通过观察最终发现了莲花效应，这项发现促成了自洁外层的产生。
仿生学的历史同样也是爱好者们创造的历史：自然学家、发明家、工程师、生物学家、建筑师……所有人都以各自的方式，为大自然的精巧和富饶着迷（不过，这并不代表他们是现代意义上的“生态学家”）。
同时，仿生学的历史还是不同学科知识相遇、共同发现和相互碰撞的历史。飞行的先驱们
列奥纳多的扑翼机
是谁说过“鸟是一个遵照数学原理运行的工具，人类需要做的，就是造出一台足以复制它每一个动作的机器”？毋庸置疑，是列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）。正是他在 15 世纪开启了我们今天所了解的生物仿生学。
在列奥纳多所有的研究与工程计划中，占最重要地位的是他为之着迷的“学习飞行”。在他看来，只有以“数学的方式”，也就是科学的方式，来观察动物才能得到答案。他的素描本记录了他对鸟类、蝙蝠以及蜻蜓等动物的飞行动作和技术的细致入微的观察。在所有的飞行方式中，他特别关注的是鸟类的扑翼飞行，他对这种飞行方式从起飞到着陆做了分解观察。正是以这种方式，列奥纳多·达·芬奇将躯干中心与推力中心分离，这成为了所有飞行器研究不可或缺的一个过程。他同样致力于对鸟类翅膀的观察，观察它们的解剖学构造、羽毛分布以及羽毛的结构。
对扑翼飞行的研究促使他设计了一种由人力推进的飞行器——扑翼机（Ornithopter，在希腊语中，ornithos 意为“鸟”，pteron 意为“翅膀”）。列奥纳多·达·芬奇在 1485 年完成了扑翼机的初稿：它的两片巨型翅膀由一个滑轮装置带动，滑轮装置则由脚踏板提供动力。
不过这个飞行器存在一些显然无法解决的技术问题：首先，在那个时期能使用的材料都太重了——按照扑翼机的设计稿，它将会超过 300kg；其次，即使是以强壮的腿而非手臂驱动，人类的肌肉占体重的比例依然比鸟类小得多——人类无法够快地扇动翅膀来让机器留在空中。
在扑翼机之后，列奥纳多·达·芬奇专注于研究掠食性鸟类的飞行——滑翔飞行。四百年余后，这成为了奥托·李林塔尔（Otto Lilienthal）的选择，而且正是李林塔尔促成了最初的滑翔机的顺利飞行，虽然他并非从掠食性鸟类，而是从鹳的身上汲取灵感（见第 106 页）。
列奥纳多·达·芬奇还绘制出了人类所知的第一个悬挂式滑翔机的模型。这是一个可操作的模型，后来的复原模型已经为此提供了证明。至于扑翼机，它所面临的问题并没有被 19 世纪的航空发明家们解决，而是再过一百年后由美国发明家保罗·麦卡克莱迪（Paul MacCready）解决，保罗·麦卡克莱迪首次让一架人力推动的机器成功飞行（见第 108 页）。而根据列奥纳多·达·芬奇的设想而制作的第一架扑翼机直到 2010 年秋天才出现，它由加拿大多伦多大学的师生共同制作，被称为“雪鸟（Snowbird）”。这架扑翼机有 32m 长的翼展（接近波音 737 的机翼长度），接近 43kg 的质量。其翅膀的长度和灵敏性使得它能够持续拍打，产生维持一定高度的动力。虽然可以说这只是一项特殊的试验，但制作了“雪鸟”的团队看中的却是在它身上蕴藏的航空发展的灵感源泉：列奥纳多·达·芬奇设计的扑翼机提供了依靠自主能源飞行的最初模型之一。
乔治·凯利的动物图集“航空之父”——英国人这样称呼乔治·凯利（George Cayley）。在 19 世纪，这位天才的工程师研发了数不清的飞行器。更重要的是，正是他建立了关于飞行原理的科学基础，其中就包括用尾翼来平衡飞行器的必要性。我们还得留意到，凯利同列奥纳多·达·芬奇一样，从来没有亲自制作过在他所处时代的技术条件下具备起飞可能性的机器。
与列奥纳多·达·芬奇一样，凯利也专注于大自然提供的模型。在 1808 年，他确定了他自己的扑翼机模型，设计灵感来自苍鹭——为了更近距离地观察这种动物，他在自己的府邸内用猎枪打下了一只……他的扑翼机复制了受害动物的外形和比例。然而，凯利并没有仅靠观察鸟类来设计他的模型。在飞艇发明二十五年后，这位英国工程师改善了自己的飞艇模型，而灵感来自鳟鱼（见第 86 页）……植物，尤其是植物的种子，也向他提供了更富有成效的模型：枫树的翅果（见第 38 页）让他构想出了螺旋桨的基础结构；而蒲公英则让他设计出了锥形降落伞。
作为严谨的工程师，凯利并不满足于复制或者发明新的机器外形，他同样借助系统化的计算；他知道，一架机器如果不是从推动系统到外形都完美无缺，那它就不能飞行。出于这样的理由，他开始设计一种他宣称的“最少阻力的坚固外形”——这契合后来人们所熟知的流线型。根据乔治·凯利的计算，这种“最少阻力的坚固外形”正好对应海豚的身形。20 世纪 70 年代，即一个多世纪以后，关于层流的研究证实了凯利的直觉：与金枪鱼一样，海豚也是这一领域的学习榜样。
1857 年凯利去世后，还要经过好几代人的时间，才等到第一架悬挂式滑翔机在 1891 年的首次飞行。随后是最初的飞机在 20 世纪初面世。航空历史上最初几十年里的这些先驱们的灵感大多来自动物：阿代尔（Ader）的蝙蝠、埃特里希（Etrich）的鸽子、李林塔尔的鹳……
然而这只是一个开始。在整个 20 世纪，航空历史上写满了由细致观察自然而得出的发现。猛禽强有力的飞羽启发人们修改机翼的外形以避免颠簸；海豚的皮肤使得开发一种减少空气阻力的涂层成为可能；群飞的候鸟为共同飞行的飞机给出节省燃油的提示……机器仿生学：当机器模仿自然和人类
如果我们模仿的动物是人类，这还算是仿生学吗？在 20 世纪中期，就像一百年前的航空科学那样，机器人科学吸引了研究者和大众的兴致。随之而来的，是创造出人造的人类复制品的美梦（或者噩梦）。几十年后，这种痴迷和它所引发的恐惧已有一些消退。不过，在这种背景下产生的科学——机器仿生学（bionics，可译为“仿生学”。一般认为 bionics 这个词和这门学科是在 1960 年由斯蒂尔首先提出。但在法语环境中，该词对应bionique，通常指从动植物身上获取灵感来创造新的科技，可以说是狭义的仿生学。——译注），取得了令人赞叹的进步。
20 世纪 60 年代初，“机器仿生学”一词通过美国代顿的一场会议而得到传播，这场会议聚集了来自世界各地的科学家。
这场会议的倡导者是杰克·斯蒂尔（Jack Steele），美国军方的研究者和军官。当时冷战正酣，杰克·斯蒂尔意识到一些或许能为生物学打开前进大门的可能——如果它们是在武器领域得到开发的话。从间谍机器人到水陆两栖的越野运载工具，从超强机器人到变异动物……这是一个世界的开端，它会为科幻小说提供素材——但不止于此。
代顿的会议标志着杰克·斯蒂尔所称的“机器仿生学”的研究者的第一次聚集。他将这门学科定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或使人造技术系统具有生物系统特征或类似于生物系统的科学”。这样的定义不仅包括模仿人类的发明，而且还与仿生学定义有部分相交。
不过，机器仿生学这一术语如今更多地关联着机器人科学和修复学——就是模仿生命体，以及研发能够“移植”到生命体中的人造肢体和器官。
我们还记得 20 世纪 60 年代和 70 年代在漫画和电视连续剧中出现的人物的“仿生”四肢。几十年过后，它们几乎成为了现实。这种肢体尤其得益于人造肌肉的发明，它能够遵从电流刺激反应。
人造肌肉由一种新型材料——电活性聚合物制成，在 20 世纪的最后几年里研发成功。不足之处是它在力量方面还有待提高。在最后的实验中，它在力量方面还是比人类肌肉差了许多……
另一方面，凭借目前神经学上的知识已经足以造出一种既模仿人类肢体外形，又遵照主人的神经命令的假体。而且，在不远的将来，它能够向大脑传导信息，让它的穿戴者能够“感受”到它在触碰某些东西。争夺空间的动物-机器
一只甲壳虫与一台计算机有哪些相似之处呢？答案远远多于我们能想到的。在科幻作家们的想象中，机器人就如同人类的复制品。
事实上，今天的机器人研究将希望寄于动物身上。动物们——甚至在某些情况下，还有植物们——能够教给机器人的，首先就是它们的移动方式。动物的移动方式多样且绝妙，挑战着人类运载工具的原则。某些动物能在水面上或天花板上行走，或者比任何直升机都能更稳定地悬停，或者能从一道裂缝潜入物体内部，或者能在地底下穿行……动物们掌握了无数工程学问题的答案，只要我们能成功地模仿它们。
如果说动物们的移动方式极其高效，那首先是因为它们能够适应它们的生存环境。请想象一个必须在海底走动的机器人：还有比能抵抗着水流在礁石中行动的甲壳类动物更好的学习榜样吗？这就是机器龙虾，一个机器人-龙虾的结合体（见第 60 页），它专门用于探索海岸边的水下部分。同它的模仿对象一样，这个机器龙虾也具有一个能够抵抗外界压力的甲壳；除此以外，它的外形也使得它能够在重力小于地面的水中依然保持紧贴海底。机器龙虾只不过是数十种忠实模仿动物的外形和移动方式的机器人之一。机器蜗牛（RoboSnail，名字来源于一种水生蜗牛）——一种能征服空间的机器——同样能在水下移动，不过需要黏附在载体上。机器七鳃鳗的发明能让人更深入地理解爬行动作和“感受器”，即将神经冲动从身体的一部分传导到下一部分的接收器。另外，还存在机器蛇、机器鱼、“仿生企鹅”（见第 110 页）、用苍蝇或者胡蜂的方式飞行的机器人、像水母一样移动的机器人……
一种移动方式如果已经完美地适应了一种环境，并不意味着它应该就此却步。在本书的例子中，一种动物和一种植物成为了探索火星的榜样。动物正是天蛾（见第 140 页），它启发了人们发明多模态电子昆虫——达·芬奇扑翼机的一种变形后代，这种器械能够在火星的地面上飞行，并且能在地面上停留和采集样品。植物则是风滚草（见第 34 页），西部片里的神圣植物，它能在地面上滚动行走。
这两项发明的相同点，在于它们揭示了仿生学怎样让研究者通过借鉴已经存在（通常是存在了上千年）的方式来跳出思维局限。传递感受，处理信息
机器人从动物身上学到的，还有接收信息和处理信息的方式——也就是说，它们的感官和它们如何使用感官。在视觉、听觉、味觉方面，昆虫和软体动物与哺乳动物有极大的差异；前者更为简单，更有可能被分解成一台机器能够利用的机制。如今的机器人研究的重点在于信息的处理，这里的信息指的并非是由机器人的“操控者”向它们传递的信息，而是由机器人所处环境反馈给它们的信息。为一台机器人安装摄像机并且处理由摄像机所传递的图像是更简单的（相对而言），但教会一个机器人自主处理它“所见”的图像，则更加困难，哪怕只是绕过一个障碍物。而正是在这方面，机器人能够获得更大的自主性。
举个例子，一条鱼感知到一个障碍物并调整前进方向的方式可以被分解成不同的步骤，而且这些步骤与人类的眼睛和大脑之间传递信息的方式有极大的差异。更何况眼睛并不一定都承担主要的功能：许多种类的鱼都有一种特殊的感觉器官——体侧线（这个名字源于该器官穿过身体侧部），这个器官使得动物能够探测水流的颤动，然后立即改变方向。
由此产生了斯路奇（Snookie），一个拥有接收器的机器人，而它的接收器模仿了一种淡水鱼——墨西哥盲鱼（Astyanax mexicanus）的体侧线。斯路奇能够自主移动，并且避开障碍物。尽管斯路奇目前只处于实验阶段，但这类机器人在将来或许能够产生实用价值，比如检查以及清理管道，或者进行水下探索。
引导斯路奇移动的装置不过是机器人感官探测器的一种可能的应用实例。龙虾的触须（见第 60 页）上有能够探测气味的化学接收器，加利福尼亚的研究者已经能够模仿这一机制，并且正在据此研发能够探测水底污染、石油泄露等问题的机器人。有一些动物，比如电鳗（见第 82 页），确定自身位置时靠的是电磁定位——通过释放像雷达波段那样传输的电流，模仿这一定位方式的机器人也正处于研究阶段。
更宽泛地说，动物能够教会机器人如何反应、如何传递反应，以及如何学习。这方面最好的例子是机器老鼠普斯卡尔帕克斯（Psikharpax，见第 118 页）。它的设计者们并没有费力复制人类的智力，反而致力于模仿一种更为简单的智力——老鼠的智力。普斯卡尔帕克斯的“大脑”是一块能够处理信息的芯片，信息则来自摄像机和感觉接收器。这块芯片能够学习如何处理数据，以便让这只老鼠能（例如）获得食物（也就是成功地接上安置在实验室不同角落的电源插头）。普斯卡尔帕克斯使得它的发明者们能够直接观察它的学习过程——比一个真正的动物要慢了许多！这种已经在全世界开展的、与普斯卡尔帕克斯同类型的“动物机器”实验，对机器人研究和生物学研究有同样的价值，因为在这样的实验中我们可以获得一种新的视角去分析动物行为。群体活动：当昆虫启发计算机
动物还是团体协作的良好榜样。颇具戏剧性的是，我们通常将组织、交流和团体凝聚力看作人类的特性。然而，动物社会也被证明极具教育意义。
对它们的模仿是当今仿生学最重要的路线之一。一群鸟如何保持方向一致地飞行？它们当中的成员怎样做到互不干扰、互不相撞，也不掉队？这是计算机科学家克雷格·雷诺兹（Craig Reynolds）在设计一种虚拟生命程序时向自己提出的问题。在 1986 年，他成功地对鸟的群体移动建模，也就是说，他用计算机能识别的语言翻译了这种群体移动的规则。
雷诺兹得出了三个主要原则：分离原则（与邻居保持一定的距离）；对齐原则（保持与邻居一致的前进方向）；凝聚原则（根据邻居间的平均距离保持自我的位置）。雷诺兹的虚拟生命程序曾经（如今也在）被用于动画电影和电子游戏的制作，然而，它实际上大大地超越了这一个范畴。
在机器人研究中，雷诺兹发现的规律能够协调数个自主机械的工作，并且使其保持团体队形。更重要的是，上述的三条原则中还能增加新的命令，比如去往一个目的地、躲避障碍物、对区域实行分区控制等。
同样，昆虫的团体协作也是一个绝佳的榜样——不是对于人类而言，而是对于计算机。不同于人们所认为的那样，成群的蜜蜂、蚂蚁或者白蚁的智慧，并非集中在一个王后的绝对权力上。一个动物种群不仅能够拥有数个王后，而且后者绝对不知道在另一个巢穴中发生的事情。比起同一种群中的其他角色，王后拥有下达命令或者指示的权力。群体的智慧并不在于对一个中央大脑的服从，而在于一种由许多简单互动相连的沟通方式——与雷诺兹得出的领航原则同样简单。这样的方式会让人想到计算机的运作：通过大量的二进制符号得出合适的答案。
因此，目前许多已运行和在计划中的软件都尽量模仿一群而非一只蜜蜂的思维方式（见第 130 页），这并非是一个巧合。蚂蚁和蜜蜂拥有许多对计算机而言极有价值的方式，尤其是它们构成网络的方式：寻找离源头（食物源头，或者信息源头）最短的路径；持续按需分配工作而不浪费劳动力；使得由个体组成的群体（或者信息）得以运转而不停滞；或者在尝试过多种方式后选择最佳解决方案。丝、甲壳和叶子：有机材料，最理想的材料
一只蜘蛛，一动不动地栖息在窗台的边缘。当一个阴影靠近时，它已经下落了——沿着一条它自己刚刚生产出来的丝，一条以极快的速度按需生产的丝，一条能够承受巨大重量的丝……哪一种人造物能达到这样的要求？
这并非只是在赞叹大自然，而是我们留意到，现如今，大自然所生产的材料比所有靠人类科技生产的材料都更坚固。蜘蛛丝比钢铁和凯夫拉纤维都更坚固，正如尼龙在过去的几十年间所起的作用一样，蜘蛛丝也会成为未来重要的人造材料。根据蜘蛛丝设计出来的纤维，除去巨大的市场不说，它还是生物可降解的……这些都将成为现实；而这应归功于生物化学——对细胞内部的化学反应的研究。
蜘蛛丝由蛋白质组成，大多数的自然材料也是如此，包括组成人的身体的材料。胶原蛋白——骨头、皮肤和结缔组织的重要组成部分，是一种蛋白质。角蛋白——组成头发、指甲、兽角和羽毛的成分，它也是一种蛋白质。事实上，几乎所有的生命形式都包含蛋白质——它有着难以想象的宽泛用途。从分子成分上说，蛋白质是由氨基酸链组成；不过，虽然存在着上百种氨基酸，却只有二十几种能够参与天然蛋白质的合成。种类有限的原料，却产出几乎数不尽的材料：对于生物技术来说，这是前景，也是谜团。
对蛋白质的赞叹同样适用于碳水化合物。多聚糖（糖类）组成了生命世界的大部分。植物纤维、昆虫甲壳、脊椎动物的软骨……所有这些材料都应该将它们的结构、坚固性、弹性、强度或者柔韧性归功于多聚糖的特性。多聚糖还可以作为一种储备能量，比如葡萄糖——这就是某些植物生产淀粉时的情况。多聚糖还可以作为结构材料（换句话说，它是一种天然的建筑材料），比如木材的纤维素和昆虫甲壳的几丁质。纤维素——构成大部分植物的材料——是十分值得（但也很难）模仿的。纤维素极其坚固（谁在切断一根花茎的时候没有感到困难？），不管是坚固还是柔软、纤细还是厚实的材料，它都可以组成——正如植物世界的多样性所展现的那样。例如，我们能够想象以植物生产纤维素的方式生产的布料，这种布料将拥有如今的人造纤维不可能拥有的特质：生物可降解性、适应环境气候的自我调节能力……
而这都不是科幻小说：这些新型的布料即便还不能大规模生产，但也已经处于研发当中，某些甚至已经出现。以此类推，如果我们能够像植物那样按需合成纤维素，我们就能拥有更轻盈、更有效和更节省的建筑材料（比如坚硬的架构、不透水的表面材料）。当化学变得温和：生物矿化作用
动物不仅仅生产有机材质（凭借大大超越任何人类技术的方式），同样也生产矿物质——陶瓷材料。贝壳里的珍珠质、牙齿的牙釉质、鸡蛋的壳等，都是动物利用从食物、海水、土壤等中获取的矿物质合成而来。我们将这个过程称作生物矿化作用，它在动物世界中是极其普遍的，而且它也存在于某些植物身上：硅藻等微型藻类（见第 54 页），它们利用水中的矿物质生产自身的骨骼，这种骨骼由二氧化硅（也就是玻璃的组成成分）组成。
同有机材质一样，由动物和植物生产的矿物质也是按需生产的：它们能自我更新、生长；它们能组成一种密闭的保护壳，（几乎）无法从外部破坏而内部又极其脆弱（如鸡蛋）；它们可以非常锋利，而且能自我锐化（比如海胆的棘和老鼠的牙齿）；它们能承受对自身比例来说十分巨大的重量（比如我们的骨头，见第 116 页）。与有机材质一样，它们也让工程师们浮想联翩。
它们最出色的品质或许是它们的坚固。牡蛎的珍珠和鲍鱼的珍珠（见第 50 页）比凯夫拉纤维和钢铁更坚硬，原因在于它们的结构，而研究人员已经能够模仿它们的结构，创造出类似的材料，这些材料几乎能对抗任何冲击，即便它们还只是停留在实验阶段。除了坚固，珍珠质还有轻盈和美观的优点。在几十年后，我们或许能拥有一种摔不碎的陶瓷，而且这种陶瓷还能与最漂亮的贝壳媲美，并且绝对可循环——如同所有自然生产的矿物质那样。
可这还不是全部。生物矿化作用还有一个比上面提到的所有品质都更出色的优点：它是在常温下完成的。这似乎没什么大不了，但这其实是解决环境污染和能源消耗难题的办法。直到目前，获取玻璃、陶瓷、瓷器等材料的化学转化过程都是通过将原料置于极高温的环境下来完成的。对硅藻（见第 54 页）或者海绵（见第 44 页）的模仿让人们能够设想一种不一样的方式：将原料集中在“温和化学”的条件下，在常温下合成材料。虽然这种方式还不普遍，不过它让人得以窥见一个新的时代，在这个时代里，工业能够不产生污染和能源浪费，产出的材料能够真正地与自然相容。流线型外形和节能
正如化学在初步发展阶段没有考虑到能源的成本，20 世纪的科技发展（比如在运输行业）也是在忽视能耗的情况下进行的。当一架飞机能够完成长距离飞行或者打破飞行距离的纪录时，它消耗了多少燃料是无关紧要的。我们现在已经超出那个阶段了，但在节能领域，如同在空气动力学领域，大自然仍能教给我们许多知识。
几十年来，工程师们都从动物（或植物）的外形或身体比例上获取灵感，以改善风阻系数、减少阻力和颠簸等。在 20 世纪 70 年代，正是大型鱼类和海洋哺乳动物引导了德国人海因里希·赫特尔（Heinrich Hertel）的研究。对海洋动物的体形和身体比例的研究使他完善了流线型外形的计算，并研制出了更节能的飞机。最近，另一种鱼，箱子鱼（见第 84 页）启发了一种新型汽车的设计：这种新型汽车并非赛车，而是一种能减少三分之一燃料消耗的运载工具。
除了能够教会人类节约能源，动物还掌握着工程师们的许多问题的答案（对一些仿生学家来说则是所有问题的答案）。猫头鹰的静音飞行的方法被模仿用于战斗机，但同时也能让某些高速列车更加安静和舒适。更令人意外的是，翠鸟（见第 98 页）以其潜水技巧，启发日本高速列车建造者解决了一个难题：如何让列车不颠簸地进入隧道？
在节能方面，仿生学的潜力超乎人们的想象。证据就是格雷（Gray）提出的疑问。在 20 世纪 30 年代，这位生物学家明确说到，像金枪鱼和海豚这一类游速极高的海洋生物，它们的肌肉组织并不足以解释它们的移动速度。这对于水母也是成立的：水母为何在高水压下，依然能如此快速地移动呢？今天我们知道格雷的计算是错误的，这一疑问的真正答案在于涡旋。这个词语再次让人想到了科幻小说……而事实的确很奇妙。涡旋，是指在水中（或者空气中）由于一个大体积硬物（比如鱼或飞机）的移动而产生的旋转。金枪鱼和海豚的秘密，在于利用这一个涡旋的能量来作为它们肌肉力量的补充。这一切都在完美的节奏中完成：金枪鱼尾部的拍打节奏让它能够在最大程度上利用上一次身体摆动所产生的力；水母收缩肌肉的节奏，让它正好能够借助它制造的前后两个涡旋相撞产生的推力……
这些动物的策略不仅启发了某些机器人的移动方式，而且在新运输工具的发明中扮演着越来越重要的角色。涡旋的利用还为新能源的发展打开了一扇门：比如已有的模仿金枪鱼的鳍的海底水力发电系统（见第 88 页），以及能够将高速路上车辆经过所产生的涡旋转化成电流的计划。像一棵树那样建造：建筑师与仿生学
是否存在一种平衡的、在比例上对应了树的高度与结实度的建筑物，一种全部由可循环材料建造的建筑物，一种能够汲水并且获取维持其稳定运行所需能量的建筑物？答案当然是：否。然而，建筑师不仅常常从自然中寻找美学上的灵感，而且他们当中的许多人同样也在其中寻找实际问题的解决方案——或者生态问题的解决方案。
除了被当作一种建筑材料，树木还是一种被模仿的榜样——而且一直以来都是：我们知道棕榈树（见第 26 页）启发埃及人建造了埃及庙宇中的支柱。在 18 世纪，正是橡树给英国工程师约翰·斯密顿（JohnSmeaton）提供了新型灯塔的模型。红白相间的埃迪斯顿灯塔——今天以“斯密顿塔”之名为人所知，就是以橡树为模型修建的一系列灯塔中的第一座，它的高度和坚固程度都是当时前所未有的。为了能将花岗岩石块堆积起来，斯密顿模仿了橡树的树干比例：底部加粗，垂直上升时收缩，顶部再次加粗，以抵抗风力。
在 20 世纪末，给了建筑师们新想法的已经不仅仅是树的外形，还有它们的内部构造。竹子（见第 24 页）和松树（见第 22 页）就是其中一个例子，它们的生长方式直接启发人类开发了一款能够最好地分配压力的设计软件。换句话说，在今天，从理论上说，已经有一些汽车是以松树的生长方式生产的了。
更宽泛地说，建筑师们不仅从树木中获取灵感，而且还从整个大自然中学会构造以及和谐的道理。在 1917 年，苏格兰生物学家达西·汤普森（D’Arcy Thompson）发表了一本划时代的著作：《生长与形态》（On Growthand Form）。在这个题目下，汤普森探索了物理规则对于生物的外形的影响：为什么一种动物，比如一条鱼，要依据其生长环境“构建”自身——是为了应对水的压力，还是为了能在捕食者面前逃离？在《生长与形态》一书所罗列的规则中，答案依然是——节约。大自然总是以尽可能少的物质来构建自身，生物体必须“发明”适应这种需求的外形：蜜蜂的蜂房、硅藻的骨架、鸡蛋的外壳……
与作者的预想相反，《生长与形态》并没有给生物学带来巨变，反而成了建筑师和工程师的参考资料。达西·汤普森的计算尤其为自承重建筑带来了宝贵的帮助，自承重建筑是指稳定性和坚固性依赖于自身外形的建筑物，如穹顶建筑——巴黎的球幕影院 La Géode 就是一个代表。穹顶建筑在 20 世纪中期由建筑师理查德·巴克敏斯特·富勒（Richard Buckminster Fuller）改进，它并非“真正”的球形，而是由相互交错的三角形、六角形和五角形组成。这是一种加入了大自然现存模型的建造方式：为了使用最少的材料建造出最坚固的球形，最好是求助于三角形或者六角形单位——这正是硅藻的选择。
在 21 世纪初，建筑师们前所未有地把目光投向了对生物的模仿。关注点在于：外形的优雅和材料的节约，以及环保和零能耗。再引述一个例子：建筑师丹尼斯·道伦斯（Dennis Dollens）的工程，旨在推广他称作“数码建筑”或者“基因建筑”的建筑方式。
道伦斯的观点是信息技术使我们可以像大自然那样建造，也就是说，模仿植物生长的方式，即树叶或枝丫在一条茎上的分布方式——与它们给我们的无规律的印象不同，这种分布并非是随意的。道伦斯设计出的建筑中，房间就像植物的“果实”一样分布在一条“茎”上。这种设计有两个好处：一方面，每一颗“果实”都拥有最大的向阳面积，也就是有更大的被动采暖的可能性；另一方面，这种方法能够在节省材料和空间的同时，安置下尽可能多的房间。如果我们模仿大自然本身？
这正是如今众多仿生学家所呼吁的，在他们当中有美国人雅尼娜·拜纽什（Janine Benyus），生物模仿运动（Biomimicry）的发起人。这个新名词让拜纽什能够为仿生学贴上不一样的标签，这样的标签有别于不以创造与环境和谐的科技为特定目的的仿生学。正相反，生物模仿运动希望能够从大自然中学习，进而开发一种环境无害型的工业、农业、建筑业或者生活模式——它们如同大自然本身那样，是可循环且能源自给的。
例如草原和森林，它们是持久的生态系统，能够在不使土壤退化的情况下生产水果和种子。我们能够想象一座以同样模式运作的花园吗？答案是肯定的。生物模仿运动组织中的一些成员从北美的草原模式中得到灵感，成功地开发了一种与目前通行的粗放式农业具有同等产出的农业系统，不过这种新型农业系统是可持续的。方法在于：放弃单一作物种植，让至少五六种作物共存，将土壤好的地块让给扎根很深的多年生植物和豆科植物，优先培育生长期相错的作物。
另一个例子是循环利用。大自然能将一切循环利用；而且与人类不同，大自然的循环不求助于不可循环的有害化学品……我们也能这么做吗？同样，答案是肯定的。现在已经出现了多种从大自然中学来的用微生物处理污水的方法：这些方法通过复制河岸或者森林土壤的环境使污水中的有机物转化成腐殖土——这种腐殖土又再担任过滤的角色。这一切都比我们现在常用的处理方式节省 90% 甚至 100% 的能源。当然，自然的循环方式不能处理有害物质，不过仿生学还能使工业生产避免使用大多数的有害材料。
最后一个例子，也许是最炫目的一个，即光合作用。植物每年能转换多达人类能源需求十倍的光能，受此启发，人类才发明了用于太阳能板的光生伏打电池——但这比植物还差很多。它们的不足之处在于效率低下，并且无法长时间储存它们获取的能量。目前的解决方案是，越来越高效、能储存更多能量的电池正在有规律地更新换代。在短期和长期内，对植物的观察或许能让我们更有效地模仿光合作用——从而利用一种不仅可再生而且免费的能源。
如果说仿生学（尤其是生物模仿运动）吸引了越来越多的研究者和工业家的兴趣，那么这是因为大自然部分地解答了——或者能够解答——目前最为关键的两个问题：环境保护和能源短缺。如果大自然与科学技术是不可分离的；如果它们并不是不可兼容甚至敌对的；如果它们在最好的情况下，并不是要互相消灭的话；如果……那么许多事情就有可能成功。因此，我们就能够瞥见一个不全然是玫瑰色，而是绿色的未来。未来是属于仿生学的吗？很难不这么期盼。
本书由图卢兹自然历史博物馆、蒙彼利埃第二大学植物标本馆，以及图卢兹的保罗-萨巴蒂埃大学的生态实验室（Ecolab）协助完成。图卢兹自然历史博物馆
图卢兹自然历史博物馆在成立之初是一个自然历史陈列馆，它展示了菲利普·皮科·德·拉彼鲁兹（Philippe Picot de Lapeyrouse）自 1796 年以来的收藏。这个地方甫成立就迅速在欧洲学者间闻名，因为它拥有丰富的植物和矿物标本。这座陈列馆一直挨着图卢兹的科学学院，直到它凭借它的第一件大型标本——一只长颈鹿标本，转变为自然历史博物馆。
2008 年，在完全翻新过后，博物馆重新开放，它的主题依然是科学与道德，并对参观者提出人-自然-环境的质问。这里也成为了一个举行辩论和会议的地方、一个服务于博物馆主题的场所，而古生物学、昆虫学、哺乳动物学、鸟类学、植物学和动物生态学方面的丰富藏品，则为博物馆的主题提供了注释。
因此，在观看展览的过程中，每一位参观者都受邀：● 将自己置身在地球和矿物的活动、力量和魔力下；拋开我们
的等级意识，建立一种新的组织生命元素的方式，一种新的理解
它们的方式……● 与历史长河中富饶的、包含惊人的多样性的大自然面对面；
承认我们与万物共享显而易见的重要功能。● 思考未来地球的管理方式……
参观者还能继续游览被称为“法国植物园”的花园，它的收藏重点在于表现人与植物之间的联系。
位于博得鲁日街区的自然博物馆花园，为参观者提供了继续流连的地方。在这座高质量的环境友好型的建筑周围，我们能够发现一座自然花园（一片芦苇地），一片蔬菜园（展示有来自世界各地菜园的蔬菜作物）和一个现代园林化庭园（遮阴棚）。图卢兹自然历史博物馆 （全年开放，周一闭馆，开放时间为 10：00～18：00） 于勒-格斯德街 35 号，31000 图卢兹 电话：05 67 73 84 84 www.museum.toulouse.fr
衷心感谢亨利·卡普，菲利普·阿诺耶，鲍里斯·布雷斯克以及皮埃尔·达卢。蒙彼利埃第二大学植物标本馆
位于植物学院内、植物园旁的蒙彼利埃第二大学植物标本馆，历经漫长岁月，给后人传下了一笔无法估量的财富。作为法国最重要的植物标本馆之一，它保存着 5 个世纪以来蒙彼利埃的植物学家的历史遗存和藏品，共计 400 万个植物样本、真菌样本、药品样本和绝佳图集。最古老的标本可追溯到里歇尔·德·贝勒瓦尔（Richer de Belleval），16 世纪末皇家花园的建造者。17 到 19 世纪的那些藏品——从本地和外地收集而来的，与如今还不断增加的标本共存。现如今，通过国际交换、持续的接收馈赠和购买，这里已经累计获得了 1.5 万个新藏品，位于长度共计 5,000m 的藏品展架上。除了作为藏品空间和遗产资源，植物标本馆更是一个科研场所，凭借科学研究、展览以及线上电子扫描展示，它继续承担着自身的任务，并且让它的藏品获得越来越厚重的价值。
感谢 V.布尔加德、L.戈梅尔、P. A.舍费尔，蒙彼利埃第二大学，以及藏品服务部。同样衷心感谢图卢兹的保罗-萨巴蒂埃大学生态实验室的纳西斯·贾尼、勒内·勒科于、弗雷德里克·阿泽马尔、洛朗·佩罗祖埃罗，以及阿蒂尔·孔潘。巨藻 Macrocystis（巨藻属），巨藻科●巨藻科的大型藻类（可达 75m 高）。●在岩石上生长：通过根部系统（固着器）固定在海底。●分布在太平洋的美洲海岸、澳大利亚以及新西兰海岸。●水下森林形态：它们的根部在海洋深处，而它们的冠层刚好在水面下。海底能源同海藻一样，bioWAVE 随着海浪摇摆。
人们不断重提利用海浪发电的想法，而且实现方式多种多样——但通常都难以落实。其中，有水底发电机：模仿巨藻运动方式的海底风车。那些海藻根植海底，它们形成了名副其实的海底森林。这些巨大的巨藻能长到超过 70m；它们的“叶子”宽约 10cm，在海浪中摇摆，以获取所需的阳光。
以巨藻为模型设计的水底发电机由圆柱形的浮筒组成，浮筒被固定在海底，它们像海藻的叶子一样随着海浪摇摆。水底发电机像一个普通发电机系统那样运作：浮筒摆动产生的能量被传输到一个发电机中转化为电流——而电流将会经海底电缆传送到岸上。
这还不是全部：还需要一个能将水底发电机固定在海底的装置——却又不能限制它们的灵活性。这一次，又是巨藻为这个问题提供了解决方案。巨藻的茎通过由锚（固着器）构成的灵活的网固定在岩石上；这张网宽几十厘米，能够轻微地转动，以抵抗海底洋流的拉力。
水底发电机的设计者们通过学习巨藻，设计出了一种“松软”的根植系统，它由更小的能轻微移动的、数量尤其庞大的底座组成，这样压力就能够由它们分摊。这种系统还有一个优点，就是它不需要钻太深的孔就能固定在原地——因此它比其他的根植系统更容易安置。巨藻不仅教会了我们安装水底发电机，还帮助了我们为许多水下建筑奠基。植物策略 迎光漂浮
为了能够尽可能地靠近水面，以及获得更多的阳光，巨藻的叶子上有一种微型的浮筒，它们内含气体，因此能够在有海浪和洋流的情况下也保持水平状态。这种系统引起了专家们的兴趣，他们致力于研究能利用水下折射阳光的太阳能发电板。绝佳的螺旋桨
巨藻的叶子以对数螺旋的形式连接着它的根部，就像鹦鹉螺的外壳那样（见第 72 页）。
对巨藻而言，除了理想的数学比例，这种螺旋还能使它在洋流中产生尽可能少的紊流——也就是说能给植物带来最佳的稳定性。巨藻的螺旋线被复制用于制造一种新型的螺旋桨模型。多亏它的比例和外形，这种新模型与传统螺旋桨相比更安静且更节能，因为它产生更少的紊流。
下一页图片 Nereocystis luetkeana（留氏海囊藻）欧洲赤松 Pinus sylvestris，松科●高大的针叶树（高可达 40m），从欧洲到西伯利亚均有分布。●树干部树皮为灰褐色，树枝为橙黄色。●针叶为蓝绿色，两针一束，长度为 2～5cm，直径为 1～2mm。●果实为赤松果，是一种长满鳞片的球果，能将种子撒播到地面。智能服装很快，衣服就会根据穿戴者的出汗程度自动“打开”或“合上”。
未来的服装将会是智能的——英国的巴斯大学仿生和自然技术中心的研究者确信。而这样的“智能服装”能做什么呢？只是简单地感知穿戴者的出汗情况，并且按需自我调节——降低温度。这是真的：尽管这些衣物还没有在商店里陈列，但仿生和自然技术中心已经成功生产出了衣物的布料。研究者们将这项成果归功于松果。“我们曾在植物界中寻找一种能根据湿度变化进行外形变化的机制，”朱利安·文森特（Julian Vincent），中心的负责人这样说道，“有许多这样的植物……不过松果才是最好的榜样。”
当松果还在树上时，它保持着闭合——只在一个短暂的时间内会张开，让花粉进入胚珠（将来的松子）。松果只有掉落到地面后才会打开。从树上落下后，鳞片的纤维开始干燥失水：这就使松果开口了。事实上，松果的鳞片有两层，而两个层面的纤维朝相反的方向生长。当松果变得干燥时，外层收缩的程度更大，这就迫使鳞片向外弯曲——只要简单地观察一颗松果就能明白这种机制。
至于布料的设计，中心的研究者们则将这个过程反转过来。“很简单，”朱利安·文森特解释说，“我们设计出衣物内的折叠部分，而当布料吸收了湿气时，当中的一层会膨胀，折叠部分就会向外弯曲。”以这样的方式，空气就能进入衣物，保持衣物和穿戴者的干燥……这种方式也能用于建筑的通风系统——不过，这次不再是布料的微观的折叠，而是通风口依据湿度开合。需要什么和哪里需要
如何在减轻重量和节约原料的情况下最好地加固脆弱的地方？汽车工业中的一款设计软件模仿了赤松树枝的生长“反射”。这个想法来源于克劳斯·马泰克（Claus Mattheck），德国的生物力学专家。根据他的说法，树木遵守“应力的规则分布”的原则：无论哪种张力都会由整个结构来承受。这种原则不仅在树木的“设计”层面上可以被观察到，即树木会将材料应用到所受压力最大的地方（比如树枝的连接处），而且在细胞的层面上也可以被观察到，那儿的木纤维会朝着维持结构的力的方向生长。快速生长的赤松给出了一个最好的例子。克劳斯·马泰克在设计软件（CAO 和 SKO）中将他的观察结果用于制造汽车和修建建筑。要知道，这些软件也被戴姆勒公司用来设计模仿箱子鱼外形的“仿生汽车”（见第 84 页）。能抵抗一切的螺旋
美国白皮松，一种白色树皮的松树，生长在北美的山中，研究它们是为了建造抵抗地震的建筑。为了抵抗猛烈的风，这些松树的树干有着螺旋生长的趋向：从它生长伊始，木纤维就偏离了最初的轨迹，这加固了树木的根基。
下一页图片 Pinus sylvestris（欧洲赤松）竹子 Bambusoideae（竹亚科），禾本科●禾本科植物，茎的高度惊人，从最矮种类的 1m 高，到最高种类的 30m 高。●叶片细长。●地下茎为根状茎，根在其周围生长。●竹子保持着堪比木本植物的生长速度纪录：它们每天能够生长 60cm。曲而不折台北 101，设计者称之为“宏大的蓝色竹子”。
我们能拿竹子做任何事：它是一种如此便利的材料，以至于我们会自问何必要模仿它——倒不如直接使用它。竹子不仅是亚洲的传统建筑材料，而且还成为了生态建筑概念中重要的元素。它的坚硬和轻盈令它成为一种便于改造的材料：不仅有竹子做的乐器、单车，甚至还有竹子做的汽车……使用竹子的最佳理由就是它的生长速度：所有与它打过交道的园丁都知道，放任它的生长比抑制它的生长更容易。原因在于竹子并不是树，而是一种草。与其他的草本植物相同，它围绕地下的茎（根状茎）生长，根状茎是整棵植物的真正心脏。“躯干”（称作“茎”或者“竹秆”）——在地面上生长的部分，其实等同于草的叶片：将它们砍掉并不会让植物虚弱——即便所说的茎已经向上生长了好几米。
竹子并不是树，因此它没有树枝：它的平衡只依赖于它的茎的坚韧。不过，与树干相反，竹秆是中空的：它的构造如同一根管子。换句话说，是竹壁支撑了所有的压力，这能够节约材料——以及减轻重量。另外，竹秆的管状外形中有一个支架一样的结构，在这个结构中稍柔软的材料被夹在坚硬的材料中间，因此形成了一种柔韧性更强的材料，使得外层的坚硬材料在受力的情况下可以有所偏移。如同寓言故事里的芦苇，竹子的茎会弯曲但不会折断。从 20 世纪 70 年代开始，竹子的这种构造就被模仿用于建造超高建筑，比如有名的电视塔。这些混凝土结构同样利用了竹秆的承重分配原理：中空的结构以减轻重量，在四周加一个向中心聚拢的钢铁框架。虽然从竹子发展到混凝土塔楼只是小小的一步，但我们也可以为此感到欣慰，更何况在今天竹子还启发人们修建了其他类型的建筑。植物策略 紧绷着的平衡
我们从未见过单独的一株竹子向着天空矗立——这种植物总是成片生长。与一棵树不同，竹子并不依靠它的根部（根状茎往水平方向生长而非垂直生长，它只是在地面以下）——而是依靠茎来互相平衡。成片的竹林就成了一个“没有根基”的结构。这种形态引起了建筑师们的兴趣，因为它既节约材料又十分美观。想象仿生学 一座房屋森林
竹子的快速成长启发了建筑师吕克·史奇顿（Luc Schuiten）“竹子房屋”的设想，这种房屋的屋架不是用竹条搭建，而是用生长中的竹子。房屋的房间分布在第二和第三层，由植物的茎来连在一起，并且由屋外的走廊和楼梯连通。因为竹壁厚度在生长过程中不会变化，所以这个结构始终能保持稳固，即便这间房子——就像构建它的竹子那样——有时候会在风中轻微摇摆。更加灵活，更加坚固
可与竹秆相媲美的管状塑料材料因为具有轻盈和坚韧两个优点，所以在机器人和飞行器制造中得到了广泛应用。不过，最近的一些测试证明，竹子的坚硬度和柔韧性由于分布在整条茎上的竹节而得到提高。这一特性可用于塑料材料的生产，同样能使其变得更加坚固。
下一页图片 Dendrocalamus giganteus（龙竹）枣椰树 Phoenix dactylifera，棕榈科●学名海枣，高可达 15～30m。●躯干被叶鞘形成的棕衣包裹。●它的叶子，棕榈叶，数量通常在 30 片左右，在顶端形成树冠；棕榈叶长度可达 6～7m。●花朵细小，白色；果实为椰枣，是一种浆果，包裹着一粒能形成种子的木质果核。埃及庙宇“棕榈形”支柱，体型庞大，然而坚固且美观。
对古埃及人来说，棕榈树——更准确地说，棕榈科的枣椰树，地中海地区长得最高的棕榈树——代表了天穹。在古埃及神话中，棕榈树的树冠是为太阳神拉的现身做准备的。既有宗教意义，又有实用性，因此棕榈树不断出现在埃及的庙宇建筑中——而且，凭借这些建筑，棕榈树在整个建筑史上都占据了一定的地位。
同竹子一样，枣椰树是单子叶植物，也就是说，它不是严格意义上的树。它的躯干的特点是不会在直径上有所增长：它的直径从脚到顶都没有变化，这不同于“真正”的树。这个特点，再加上它的高度，却造就了它的坚实。虽然枣椰树看上去细长而优雅，但它其实很结实。枣椰树规则的树干是用作建筑物架构的好材料，更何况，它的棕榈叶在编织后能用来覆盖屋顶或填充墙壁。
古埃及的建筑者十分明白这种棕榈树的种种特点；或许正是出于这些特点，他们相信它坚实到足以撑起天空，因此最终将它选作支撑庙宇的柱子的模型——而且原因很简单：最初的支柱就是真正的棕榈树。
埃及庙宇的第一根支柱，出现在古王国时期（也就是约公元前 2500 年），它就是有名的“棕榈形（palmiforme）”支柱。它的体型庞大——此时纪念性建筑刚刚开始流行，它明显地模仿了棕榈树，尤其是柱顶处还装饰着棕榈叶树冠。
古埃及的建筑者们努力模仿的，并不限于棕榈树的坚实和象征性，还有它的比例和平衡。组成一根支柱的三个部分——根部、躯干和柱顶，使用了棕榈树的“建筑”原则：在躯干的底部有稳固根基的树根；在躯干——就是对应树身的部分（直立且整齐，对于棕榈形支柱来说）——之上有棕榈树冠，而这个树冠的重量和整齐能让整体保持平衡。
棕榈形柱子标志着建筑史中支柱历史的开端。不过，如果当初建筑者没有观察到这种植物的简单优雅，这个开端就会不同了。棕榈形岛屿
受棕榈树启发而修建的不只有拱形和柱形建筑，甚至还有整座城市。迪拜的“棕榈岛（Palm Islands）”的整个城区都是在棕榈树外形的人工岛上建成。除了优雅的外形外，棕榈树被选择的原因还在于它能让每一片“棕榈叶”上的居民都有自己的通向海洋的道路……植物策略 在海上旅行
某些植物将它们的种子交给风，椰树（Cocos nucifera）则是让它的种子在海上旅行。椰子的外壳为种子提供了既坚硬又足以漂浮的轻盈的保护壳，外加可观的营养储存（果肉）和半升水（椰子汁）。以这样的装备，种子能够在海上漂浮数月，直到搁浅在一片适宜的土壤上。过去的船员还为这种传播方式添了把力，他们用椰子来做小船的压舱物，这使得它们能从一个港口去到另一个港口，然后征服新的海滩……椰子的策略或许还能教给我们新型的包装方式：既持久耐用又具生物可降解性。
下一页图片 Phoenix dactylifera（海枣）莲 Nelumbo nucifera，莲科●大型多年水生植物，通过多孔的茎固定在池塘深处。●叶片圆形，平展漂浮在水面上，或高出水面，直径可达 50cm。●花朵为白色或粉红色，直径 15～30cm。从纯洁到干净左边：无莲花效应。右边：有莲花效应，水在玻璃上流过，不留下任何痕迹。
当“莲花效应”的发现者，德国的威廉·巴特洛特教授尝试向工业家们介绍他的发现，希望他们能将这一发现商业化时，他很快就发现一种植物不足以吸引他们的兴致。于是，这位生物学家带着他的团队研发出了第一个受莲花的自洁能力和疏水能力启发而制成的物品：它其实是——一只蜂蜜勺子！在这只勺子里，蜂蜜滚动时不会留下任何痕迹。这一次，它激起了超乎预料的反响。多亏了它，莲花效应很快进入了工业界，随后进入日常生活中。
1997 年，巴特洛特教授在用电子显微镜观察植物时，发现某些植物不需要清洗，它们似乎永远不会脏。不过，正是这些植物，它们的表面在显微镜下是最粗糙的。与人们通常的印象正好相反，想要干净，表面不光滑更好。
在纳米级别，莲花的叶子是由不规则的粗糙表面所覆盖，就好像上面散布着许多突起。这些突起使得水无法停留：只要有一颗水珠与叶子的表面发生接触，它就会滚起来，而不能浸润。事实上，莲花的叶子之所以能够自洁，首先是因为它具有疏水性：水珠在滚动时，就带走了叶片上的灰尘。这种莲花效应最初被模仿用于生产建筑的涂料和涂层。这样的建筑物能通过雨水保持颜色和洁净：再也不需要除垢剂。
在将他的发现展示给印度的大学生时，巴特洛特惊奇地发现这种植物的特点几千年来早就被熟知。莲花之所以在印度被视为神圣之物，就是因为它出淤泥而不染……植物策略 在呼吸中取暖
莲花花朵具有温度调节能力：它能维持自身的温度在 30～36℃之间——以此吸引传播花粉的昆虫。它是怎么做到的？在呼吸时，植物的呼吸作用所产生的能量全部流向花朵，向它提供足够的热量。在分子层面上，这些热量是由电子流产生的。因此，莲和它的花朵对于未来的能源生产极具参考价值。想象仿生学 吕克·史奇顿的莲花城
画家和建筑师吕克·史奇顿从仿生学出发想象未来的城市。他为一部关于莲花的日本电影所构想的莲花城，用到了这一植物的所有特色：它的外形美学被用于建筑和城市建设，叶子的疏水能力用于房屋的涂层……在史奇顿的莲花城中，连花朵的开合系统都被大规模应用于收集有机废物所产生的甲烷！这还不是第一个受莲花启发的建筑：在亚洲，莲花的花朵外形经常被模仿，比如新德里的莲花庙。
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