想日把大自然改造得更好一點，非常困難，這是因為那錯綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和模式都是在長期的進(jìn)化和調(diào)整中被慢慢塑造出來的。但我們可以向自然之母學(xué)習(xí)，比如，很多醫(yī)學(xué)技術(shù)便是我們從動物身上學(xué)來的。

1 軟硬結(jié)合的烏賊嘴

烏賊嘴是一個天然的工程杰作。它完全由角質(zhì)等有機(jī)材料構(gòu)成，頂端異常堅硬，基部非常柔軟靈活。烏賊嘴擁有的這兩種截然相反的特征，可以解釋身為軟體動物的烏賊如何把捕獲的食物一點點撕碎而不會傷到自己。

這個重要的研究成果是由加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的一個科研組提出的，他們指出，像烏賊嘴這種漸變材料，在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)上有著非常廣泛的應(yīng)用。例如，科學(xué)家可以研發(fā)出一種一端模仿軟骨的彈性，另一端模仿骨骼硬度的假肢。除了它們的功能性以外，這些韌性材料跟目前用金屬或者陶瓷制成的假肢不一樣，既硬又軟的特性，對周圍的組織是有益的。

2 模仿沙塔蠕蟲制成超級骨膠

如果只考慮細(xì)節(jié)和投入的時間的話，沙塔蠕蟲精美的結(jié)構(gòu)可以在任何建筑大賽中獲勝。這種小得出奇的蠕蟲小心翼翼地把它發(fā)現(xiàn)的單個沙粒、貝殼和其他散落的粒子用膠水粘在一起，組裝成自己的房子。

沙塔蠕蟲利用像胡須一樣的觸手抓住粒子，把它們拖入口中。如果這個沙粒和其他沙粒符合它的要求，沙塔蠕蟲就會在小沙粒上抹點自制的膠水，然后把它們放到正在不斷變大的殼上。

這種建造復(fù)雜外殼的緩慢過程跟重建斷裂的骨骼的過程幾乎一樣。兩種情況下，粘貼碎片所用的膠水都必須滿足無毒、防水的條件，而且最為重要的是，沙塔蠕蟲的膠水粘合速度很快。

因此，猶他大學(xué)分子生物工程師拉塞爾·斯圖爾特認(rèn)為，模仿沙塔蠕蟲的膠水強(qiáng)度制成的合成膠水，可能會是效果很好的骨膠。早期實驗顯示，斯圖爾特研制的膠水無毒、可生物降解，而且強(qiáng)度是超級膠水的兩倍。

3 海參的秘密武器

海參獨特的皮膚結(jié)構(gòu)引起了科學(xué)家的注意。海參緩慢的步調(diào)和柔軟的肉體似乎都促使它成為食肉動物最易捕食的對象，然而事實并非如此，因為這種像皮革一樣的動物擁有一樣秘密防御武器：它的皮膚里鑲嵌著一層超薄的細(xì)胞膜質(zhì)纖維網(wǎng)。當(dāng)海參受到威脅時，它會通過給這個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)注入蛋白質(zhì)把纖維捆綁在一起，使它的皮膚變硬，形成一個固體結(jié)構(gòu)。

科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出一種生物高聚物，這種新穎的材料能保持堅硬狀態(tài)，不過當(dāng)它遇到水時，把纖維禁錮在一起的化學(xué)鍵就會斷開，水被蒸發(fā)掉后，它又會恢復(fù)原樣。研究人員希望有一天能用這種材料取代金屬制成的植入性神經(jīng)電極，因為生物高聚物電極接觸到潮濕的神經(jīng)組織時，會變軟，避免對脆弱的大腦造成破壞。

4 模仿蝸牛制成自行組裝材料

有一天人們會在一些蝸牛用于保護(hù)正在發(fā)育的卵的黏性纖維物質(zhì)的啟發(fā)下，研制出新型人造關(guān)節(jié)韌帶。溝凹縫的海蝸牛隱藏在凹縫的1米長的卵串經(jīng)常會被沖到海岸上。它們跟成串的珍珠似的，是眾所周知的美人魚項鏈。

美人魚項鏈可以吸收強(qiáng)烈震動，擁有三重螺旋彈性結(jié)構(gòu)，因此它們能經(jīng)受住強(qiáng)烈的海浪沖擊，不會破裂。彈性物質(zhì)被拉開后，把美人魚項鏈的三重螺旋結(jié)構(gòu)固定在一起的連接物開始斷開。當(dāng)它被拉到一定限度，美人魚項鏈不會像橡皮圈一樣迅速彈回來。斷開的連接物會慢慢重新組合起來，逐漸還原成跟最初的強(qiáng)度一樣的美人魚項鏈。

科學(xué)家可以利用具有這種高減震性能的人造橡皮圈，制造人類關(guān)節(jié)和四肢里的韌帶和肌腱，不過這些人造元素更耐磨，而且具有自愈能力。跟蜘蛛絲和其他堅韌材料不同，美人魚項鏈的蛋白質(zhì)擁有自我組裝能力，這使它們更易進(jìn)行大批生產(chǎn)。

5 抗菌薄膜

雖然鯊魚因其鋒利無比的牙齒聞名，但是它們異常厚實的皮膚或許也會給人留下深刻印象。鯊魚的皮膚也是粗結(jié)構(gòu)，因此任何動物、細(xì)菌或水藻都無法依附在它身上。鯊魚跟鯨魚不同，對喜歡搭便車的生物來說，后者的皮膚就像個磁鐵，可以讓它們牢牢“抓”住。

對佛羅里達(dá)的新興公司——sharklet Technologies來說，鯊魚皮的這種粗糙結(jié)構(gòu)是個非常誘人的“模特”，該公司已經(jīng)根據(jù)自己的設(shè)計，研制出一種抗菌薄膜。這種薄膜上覆蓋著數(shù)百萬個微小的凸起物，它們像彼此相鄰的鉆石一樣排列在一起，可以粘在門和容器表面，防止細(xì)菌生長。

該公司的科學(xué)家表示，如果把它應(yīng)用到醫(yī)院里，這種薄膜可以把細(xì)菌形成的時間向后推遲長達(dá)21天。由于該薄膜沒有殺菌作用，因此不用擔(dān)心細(xì)菌會對它們產(chǎn)生抗性。

6 模仿蚌類的附著性制成超級薄膜

生活在潮間帶的生命可能非常骯臟、粗野，也短命。連續(xù)的浪潮拍擊、暴露在極端溫度和鹽度很高的環(huán)境下，容易被一系列貪婪的食肉動物捕食，因此，只有耐力最強(qiáng)的有機(jī)體才能在這種環(huán)境下存活下來。不起眼的蚌類就是其中之一。多虧有一種強(qiáng)度令人難以置信的黏合劑蛋白母體，即眾所周知的，從兩片死死粘在一起的貝殼之間伸出的足絲，蚌類才能附著在任何物體表面。

由工程師菲利普·麥瑟史密斯領(lǐng)導(dǎo)的一個科研組，已經(jīng)開發(fā)出一種特殊的雙面涂層，可模仿蚌類的附著性，用于醫(yī)學(xué)移植。用二羥基苯丙氨酸制成的具有黏性的一面。用來把這個涂層附著在移植物上。被聚乙二醇覆蓋的沒有黏性的一面，可防止細(xì)胞碎片堆積和細(xì)菌形成。這些細(xì)胞碎片和細(xì)菌物質(zhì)可粘貼在心臟瓣膜、導(dǎo)尿管和其他裝置上，對它們產(chǎn)生污染。

7 模仿蒼蠅耳朵制成的納米助聽器

大部分蒼蠅都是利用大大的復(fù)眼追蹤食物，或者逃脫蠅拍的拍打，而小型寄生蒼蠅奧米亞棕蠅卻是依靠敏銳的聽力。這種蒼蠅的胸前有兩只非常敏銳的耳朵，通過靈敏的聽力，甚至能根據(jù)數(shù)米外的蟋蟀的叫聲，精確判斷出它們的位置。奧米亞棕蠅耳朵里兩個皮鼓一樣的薄膜，通過胸骨柄連接在一起。

紐約州立大學(xué)賓厄姆頓分校的工程師羅恩·米勒斯受奧米亞棕蠅的驚人聽力的啟發(fā)，開發(fā)出一套助聽工具，利用方向性微型耳麥模仿蒼蠅超靈敏的耳朵。大部分助聽器都無法避開背景噪音，然而米勒斯的小發(fā)明跟它們不同，使用者可通過模仿胸骨柄的設(shè)計，導(dǎo)向目標(biāo)追蹤特殊聲音和交談。

8 堅韌而有彈性的蛛絲

迄今為止在自然界里還沒發(fā)現(xiàn)任何材料能像蛛絲的強(qiáng)度和柔韌度那么好。這種多功能纖維，由蜘蛛絲腺里的一種復(fù)合蛋白質(zhì)構(gòu)成。這些蛋白質(zhì)里氨基酸的特殊布局，使它產(chǎn)生了一個由堅硬的結(jié)晶區(qū)和一個非結(jié)晶區(qū)構(gòu)成的混合區(qū)域，這里正是產(chǎn)生具有超強(qiáng)抗張強(qiáng)度和彈性的地方。

這些特征使蛛絲成為仿生學(xué)的關(guān)注對象?？茖W(xué)家希望能大批生產(chǎn)出人造版本，來應(yīng)用于工業(yè)、軍事技術(shù)和醫(yī)學(xué)。雖然目前還沒有實現(xiàn)這個目標(biāo)，但最近的研究顯示，一種絲狀生物材料可以用來制造人體骨骼。這種納米纖維的結(jié)構(gòu)跟在結(jié)締組織里發(fā)現(xiàn)的膠原蛋白和彈性蛋白的結(jié)構(gòu)類似，這使該物質(zhì)成為理想的支撐材料，可用來進(jìn)行血管移植，或者進(jìn)行骨骼和軟骨工程學(xué)研究。