淺談仿生學於工程之應用｜專家論點【郭啟全】

作者：郭啟全（明志科技大學 機械工程系暨機械與機電工程研究所 教授兼系主任與所長、明志科技大學 智慧醫療研究中心 教授、長庚大學 機械工程學系 合聘教授、明志科技大學 可靠度工程研究中心 教授）

最近筆者與一位國外的大學教授聯繫，詢問他是否可以於開學後來明志科技大學機械工程系暨機械與機電工程研究所給個「Talk」，他回信內容很多，信中內容還提到「I’m as busy as a bee」。真有趣，可見此一位國外大學教授與嗡嗡嗡的蜜蜂以及大自然工程師的海狸（beaver）一樣，工作勤奮、忙到不可開交。

海狸是美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）的吉祥物，麻省理工學院於工程科學領域之地位是「世界No. 1」，至今已經產出59位諾貝爾獎得主。仿生學（bionics）是一門模仿生物特殊本領的科學，透過效法生物的結構以及功能，開發出新的機械，解決機械技術的難題。

仿生學於工程已經有諸多成功案例，筆者舉出三個案例來說明。第一個案例為日本新幹線子彈高速列車之車頭設計，此設計之靈感是來自翠鳥（Alcedo atthis）之尖嘴造型，因為此造型可以大量降低風阻。日本工程師中津英治（Eiji Nakatsu）發現，當翠鳥於溪邊或湖泊之樹頭上觀察到獵物後，它會運用很快的速度俯衝入水中捕獲獵物，高速向下俯衝過程中，瞬間穿越空氣，捕獲獵物後離開水面，水面也無大量的漣漪。

第二個案例為不會褪色的顏色技術。此技術之靈感是來自具有夢幻色澤之蝴蝶翅膀。蝴蝶翅膀之表面布滿著無數的鱗片，每一個鱗片之長度大約為500之2000 奈米，這一些物理結構所形成之色彩，可以避免褪色的缺失。因此，日本的纖維公司運用此仿生學開發出不會褪色的顏色。此技術未來將有機會應用於太陽能板之塗料、鈔票防偽、化妝品…..等等方面之應用。

第三個案例為靈感來自於植物鉤刺之魔鬼沾。於1941年，瑞士工程師 George de Mestral於阿爾卑斯山打獵回程中，常常發現愛犬與自己之褲管沾黏著許多植物之鉤刺。於1951 年，他將魔鬼沾（Hook and loop fastener）申請瑞士專利，此專利之內涵為魔鬼沾是一種纖維製之緊固物，它係由二片尼龍絲編織所構成，一片有微小的鉤子（hook），另外一片有微小的環圈（loop），當兩條編織物用力壓緊時，鉤與環相結合，它們就能牢牢地緊扣在一起了。魔鬼沾使人類之生活變得更便利。

筆者於暑假期間之周末來到滿月圓國家森林公園之蚋仔溪生態步道健走，健走途中筆者發現一個很有趣之道路安全標語「當心青蛙」，如圖1所示。其實，這就是「護蛙行動」，讓青蛙安全過馬路，這也是一堂「生命教育」課程。愛因斯坦曾經說過：「假若蜜蜂從地球上消失，那麼人類將活不過四年？「讀萬卷與行萬里路」可以使我們開闊眼界與心胸更寬廣，有空就戶外走走，「師法自然」與賺「健康」。

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