仿生学技术研发：从抄自然作业到开创新赛道，大自然才是顶级产品经理
你敢信吗？现在高压输电线防覆冰用的涂层，灵感居然来自水面上滑来滑去的水黾。航天探测器用的柔性抓取爪子，核心设计抄的是捕蝇草的闭合叶片。人类搞了两百多年工业革命，翻遍了物理化学公式，到最后才发现，原来我们脚边站着一个已经免费开放了亿万年的顶级知识库。
哈佛研发仿生捕蝇草柔性致动器实物图
说实话，放在二三十年前，大部分仿生研究还停留在抄外形的阶段。鲨鱼皮泳衣就是压出几个菱形纹理，仿生屋顶就是做几个像海螺的造型，说白了就是蹭个概念。现在不一样了，冷冻电镜和分子生物学发展起来，我们能从原子、分子层面看清楚生物结构的设计逻辑，抄作业也能抄到骨子里了。
国内中科院化学所做的仿生超疏水防覆冰涂层，就是完全复刻了水黾腿部的多级微纳结构，现在已经批量用在南方多冰区的高压输电线路上。去年南方那场大范围冻雨，好多用了涂层的线路，覆冰厚度直接比普通线路少了70%，没断一条线，救了不知道多少城市的供电。这不就是抄作业抄出满分的例子？
壁虎脚掌多级微纳米刚毛结构电镜图
不过话说回来，现在很多号称做仿生研发的项目，其实就是套个概念骗经费。说自己做仿生机器人，其实就是把机器人做成个动物样子，里面的结构一点没改，根本没学到自然设计的精髓。
前年和一个做仿生材料的师哥喝酒，他吐了一晚上槽。他们组当年仿荷叶做自清洁玻璃，实验室里做出来的样品，水冲上去直接滚走，一点污渍都不留，发了好几篇一区论文，拿了上千万的产业化经费，结果量产出来放到外面风吹雨淋三个月，微结构直接磨没了，自清洁效果差的和普通玻璃没区别。后来才想明白，荷叶本身会定期分泌蜡质补充微结构，人类的玻璃哪有这本事？这不就是只抄了表面，没看懂人家设计的底层逻辑吗？
接下来十年，仿生学技术研发会跑出多少颠覆式成果？
我去年去上海逛工业博览会，逛了一圈仿生展区，差点惊掉下巴。
有做仿生章鱼皮肤的，能根据环境的光线和温度自动改变颜色和纹理，现在已经用在特种单兵装备上了，以后民用铺开，你买个车，能随你的心情换车身颜色，晴天蓝色阴天灰色，想想都酷。还有生物医药领域的仿生血管支架，原来的金属支架放进去永远是个异物，容易长血栓，病人要吃一辈子抗凝血药。现在的仿生支架完全复刻了人体血管内壁的内皮细胞结构，放进去半年，人体自己的细胞就能长上去，支架慢慢降解，最后变成你自己的血管，不用再吃药。这不是改变千万病人生活的好东西吗？
国内现在在仿生能源这块跑的特别快，比如仿叶绿体的人工光合叶片，现在实验室的转化效率已经做到了18%，比天然植物的光合作用效率高了快三倍，能直接把二氧化碳和水转化成甲醇，这不就是双碳目标下最香的核心技术吗？
说实话，我第一次看到这个成果的时候，鸡皮疙瘩都起来了。大自然花了几十亿年演化出光合作用，我们现在看懂了，还做的比大自然更好，这种感觉太奇妙了。
当然，也不是说现在就一片大好。大部分仿生技术还是停留在实验室阶段，量产的成本下不来。就说那个自清洁超疏水玻璃，现在做出来一平米比普通玻璃贵三倍，普通人家装谁愿意多花这个钱？还有很多结构我们到现在还是看不懂，比如候鸟地磁场导航的原理，至今没有定论，更别说拿来做不用卫星的导航了。
但那又怎么样呢？任何新技术刚出来的时候不都是这样？一百年前飞机刚造出来的时候，飞的比鸽子还慢，现在呢？不都能载人上火星了。
你低头看看脚边的小草，抬头看看天上飞的鸟，哪一个不是大自然打磨了亿万年的顶级设计。我们不用急，放低姿态，慢慢看，好好学，迟早能从大自然这个顶级知识库里面，掏出改变世界的好东西。
别扯虚的，大部分仿生学技术研发，本质就是抄大自然的作业
大自然做设计，从来不会浪费一丝多余的能量。几亿年的演化，淘汰掉的都是不合理的结构，留下来的全是经过无数次环境测试调优的最优解。 去年哈佛大学生物工程团队发布的仿生捕蝇草柔性致动器，直接刷爆了柔性机器人圈。之前的柔性驱动元件，要么响应速度慢到半秒才能动一次，要么需要接几千伏的高压电源，根本做不出小型化的产品。 研究团队盯着捕蝇草的叶片结构拆了半年，终于发现人家触发闭合的秘密：叶片的双层纤维结构不对称，受到刺激后一侧快速失水收缩，只要极小的电势差就能触发整个叶片的形变。就这么一个简单的结构，抄过来之后，新的致动器只用0.3V电压就能做到10毫秒内完成闭合，响应速度比传统柔性致动器快了整整一百倍。哈佛研发仿生捕蝇草柔性致动器实物图
说实话，放在二三十年前，大部分仿生研究还停留在抄外形的阶段。鲨鱼皮泳衣就是压出几个菱形纹理，仿生屋顶就是做几个像海螺的造型，说白了就是蹭个概念。现在不一样了，冷冻电镜和分子生物学发展起来，我们能从原子、分子层面看清楚生物结构的设计逻辑，抄作业也能抄到骨子里了。
国内中科院化学所做的仿生超疏水防覆冰涂层，就是完全复刻了水黾腿部的多级微纳结构，现在已经批量用在南方多冰区的高压输电线路上。去年南方那场大范围冻雨，好多用了涂层的线路，覆冰厚度直接比普通线路少了70%，没断一条线，救了不知道多少城市的供电。这不就是抄作业抄出满分的例子？
现在仿生学技术研发的卡脖子，其实卡在“看不懂”自然的设计
你以为大自然的设计是写在明面上给你抄？才不是。好多结构我们看得到外形，摸不透内里的逻辑。 最典型的就是壁虎仿生粘附机器人。我们早在五十年前就知道壁虎爬墙靠的是刚毛的范德华力，不用胶水也能粘住，掉下来还能反复用。但真要做出来能用在太空维修的机器人脚掌，前前后后搞了快二十年才落地。为什么？因为壁虎的刚毛不是简单的细毛，是从毫米到纳米一共五层的分级结构，每一层的长径比差一点，附着力就能掉一半，多一层刚毛就脆的一踩就断，少一层粘性不够挂不住自重。这个比例到底怎么调？大自然没给说明书，只能一点点试。壁虎脚掌多级微纳米刚毛结构电镜图
不过话说回来，现在很多号称做仿生研发的项目，其实就是套个概念骗经费。说自己做仿生机器人，其实就是把机器人做成个动物样子，里面的结构一点没改，根本没学到自然设计的精髓。
前年和一个做仿生材料的师哥喝酒，他吐了一晚上槽。他们组当年仿荷叶做自清洁玻璃，实验室里做出来的样品，水冲上去直接滚走，一点污渍都不留，发了好几篇一区论文，拿了上千万的产业化经费，结果量产出来放到外面风吹雨淋三个月，微结构直接磨没了，自清洁效果差的和普通玻璃没区别。后来才想明白，荷叶本身会定期分泌蜡质补充微结构，人类的玻璃哪有这本事？这不就是只抄了表面，没看懂人家设计的底层逻辑吗？
接下来十年，仿生学技术研发会跑出多少颠覆式成果？
接下来十年，仿生学技术研发会跑出多少颠覆式成果？
我去年去上海逛工业博览会，逛了一圈仿生展区，差点惊掉下巴。
有做仿生章鱼皮肤的，能根据环境的光线和温度自动改变颜色和纹理，现在已经用在特种单兵装备上了，以后民用铺开，你买个车，能随你的心情换车身颜色，晴天蓝色阴天灰色，想想都酷。还有生物医药领域的仿生血管支架，原来的金属支架放进去永远是个异物，容易长血栓，病人要吃一辈子抗凝血药。现在的仿生支架完全复刻了人体血管内壁的内皮细胞结构，放进去半年，人体自己的细胞就能长上去，支架慢慢降解，最后变成你自己的血管，不用再吃药。这不是改变千万病人生活的好东西吗？
国内现在在仿生能源这块跑的特别快，比如仿叶绿体的人工光合叶片，现在实验室的转化效率已经做到了18%，比天然植物的光合作用效率高了快三倍，能直接把二氧化碳和水转化成甲醇，这不就是双碳目标下最香的核心技术吗？
说实话，我第一次看到这个成果的时候，鸡皮疙瘩都起来了。大自然花了几十亿年演化出光合作用，我们现在看懂了，还做的比大自然更好，这种感觉太奇妙了。
当然，也不是说现在就一片大好。大部分仿生技术还是停留在实验室阶段，量产的成本下不来。就说那个自清洁超疏水玻璃，现在做出来一平米比普通玻璃贵三倍，普通人家装谁愿意多花这个钱？还有很多结构我们到现在还是看不懂，比如候鸟地磁场导航的原理，至今没有定论，更别说拿来做不用卫星的导航了。
但那又怎么样呢？任何新技术刚出来的时候不都是这样？一百年前飞机刚造出来的时候，飞的比鸽子还慢，现在呢？不都能载人上火星了。
你低头看看脚边的小草，抬头看看天上飞的鸟，哪一个不是大自然打磨了亿万年的顶级设计。我们不用急，放低姿态，慢慢看，好好学，迟早能从大自然这个顶级知识库里面，掏出改变世界的好东西。