第2章 天然微结构材料——动物启发

2.1 引言

通过第1章对微结构材料的总体概述，想必大家对微结构材料的概念有了一定的了解。它不仅具有轻质的特点，而且具备优异的力学、吸能、声学及热学等性能。而这些特殊结构的设计并非源于人们的空想，一切都可从自然界中找到答案。自然界是人类最好的老师，人类的大部分发明创造源于自然的启发。在生物的长期进化过程中，生物体形成了特殊的材料和结构，在某些特定功能上远远超过了人造材料。其中，微结构材料的设计理念源于大自然，如人体骨骼、软木蜂窝结构、犀牛鸟嘴、蜻蜓翅膀等，其结构内部并非实心，却具备实心材料无可比拟的独特性能^[1]。

仿生学有一句话：“动物都是发明家”^[2]。例如，蜜蜂，被称为最会“落地”的发明家，在从高空落到地面的过程中，蜜蜂通过调整飞行速度，使其在落地的瞬间，速度恰好为零，实现最简捷、最经济的飞行。而科学家正是基于这一点，设计研发了微型航空降落装置，从而实现无人侦察机的软着陆；蝙蝠，被称为最会“走路”的发明家，蝙蝠在夜间飞行时会不断向外发出声波，通过反射回来的声波来判断周围的障碍物，从而及时地躲避障碍，于是科学家发明了“蝙蝠拐杖”，来帮助盲人在独自出行时可以顺利绕过路障。许多仿生学者受生物启发，常常在试图模仿大自然赋予各种生物的不同能力，通过研究动物特殊行为下的工作原理，将其应用于工程技术领域。创造新技术来发明性能优越的装置和机器，解决人类生活中面临的实际问题。本书第2章和第3章将分别从动物和植物角度追溯微结构材料的仿生起源，讲述它们与微结构材料之间微妙的联系。