从荷叶到飞蛾，人类从大自然学习了这么多！

你知道吗？我们的天性充满了无数不可思议的秘密，就像一位渊博的老师，多年来积累了无数宝贵的知识和经验。几千年来，人类不断从自然中汲取知识和经验，逐渐从石器时代、青铜时代和铁器时代转变为蒸汽时代和电子时代，最终发展到今天的信息时代。探索、学习和应用自然奥秘的过程被称为仿生学。

仿生学的重要研究目标之一是设计仿生材料。

为了生存，自然界的生物有他们自己的“独特技能”。在理解了这些“独特技能”的原理之后，科学家可以有针对性地设计出强大的仿生材料。

例如，超疏水材料的灵感来自荷叶上的超疏水微纳米复合结构。

荷叶上的水滴(来源:*)

荷叶的表面结构(来源:*)

鲨鱼皮泳衣模仿鲨鱼皮，具有特殊的纤维结构，可以减少水流阻力。澳大利亚游泳运动员伊恩·索普在2000年悉尼奥运会上用这种泳衣打破了三项游泳世界纪录。著名的悉尼歌剧院利用贝壳和蛋壳等贝壳材料的拱形结构，可以均匀地分散外部载荷。

此外，科学家还设计了许多其他类型的具有强大功能的仿生材料。让我们来看看光学、电学和力学的三个方面。

第一

光学仿生材料:蛾眼VS抗反射光学材料

我们在生活中经常会遇到这种情况:用相机的闪光灯拍摄人像时，人物的眼睛可能会有明显的反光；当你用手电筒照猫和狗等小动物的眼睛时，你也能看到亮点。生物的眼睛一般有明显的反射能力来引导光线，但有一种昆虫的眼睛能完全吸收光线，那就是飞蛾。蛾子眼睛上有成千上万根以特殊方式排列的细小毛发，只有几百纳米长。这些绒毛的长度小于可见光的波长，并且几乎可以实现光的零反射。

科学家们已经将这种神奇的表面微纳结构应用到不同的光学领域，并取得了显著的成果。例如，科学家哈伯德开发了一种模仿蛾眼的圆柱形抗反射微结构。该结构在可见光范围内的平均反射率仅为1%。在太阳能电池表面应用仿生蛾眼微纳结构可以显著提高太阳能的收集效率。将仿生蛾眼微纳结构应用于显示装置的面板，可以降低面板的反射光强度，从而减少显示装置的眩光现象。

蛾的眼睛(来源:中国科普)

左边是锐利的蛾眼纳米涂层液晶面板，可以看到没有反射现象(见图片来源水印)

第二

电仿生材料:弱电场探测中的鲨鱼与量子材料

1687年，意大利解剖学家斯特凡诺·洛伦齐尼在鲨鱼、鳐鱼和其他鱼类中发现了一种叫做“洛伦齐尼壶腹”的器官。这种器官可以通过与海水交换氢离子来探测海水中的微弱电流，带有这种器官的鱼可以精确地追踪猎物。根据这一原理，普渡大学的科学家利用一种叫做钐镍酸盐的材料制造了一种新型传感器。这种传感器的应用将大大提高人们探索海洋和监测海洋环境的能力。

洛伦茨肚腩的内部(来源:*)

新传感器(来源:普渡大学)

第三

机械仿生材料:珍珠vs人工珍珠仿生材料

你知道吗？珍珠不仅外表美丽，而且有一颗坚强的“心”。

珍珠在自然界中是由独特的多级有序微纳“砖泥”复合结构组成的，这使得珍珠具有很高的强度和韧性。为了产生类似的高性能结构，科学家在过去十年中提出了许多不同的人造珍珠层材料的制备方法。最近，中国科技大学的科学家提出了一种多级增韧机制来制备人造珍珠层材料，创造了一种高效、通用的组装策略，可以快速、大量制备高性能、大尺寸的珍珠层材料。

从天然珍珠层到人工仿生珍珠层材料(来源:自然)

我们在这里看到的仿生材料只是沧海一粟。科学家已经在不同领域开发了大量新型仿生材料。我相信在不久的将来，这些仿生材料会逐渐揭开神秘的面纱，在日常生活中与我们相遇！

参考:

傅月刚、欧阳、吴。基于蛾眼灵感的抗反射微纳结构表面技术[。飞行控制和探测，2018，1 (2): 00010。傅月刚、欧阳、吴。基于“蛾眼”灵感的抗反射微纳表面技术[。飞行控制与探测，2018，1(2):00010。

[2]张振，等.钙钛矿型镍酸盐在盐水中的电场传感器。《自然》，2017年；DOI:10.1038/自然25008

[3]高海亮，陈树明，毛立波，等.大批量生产力学性能优良的人造珍珠层. J].自然通讯，2017，8(1): 8。