在材料科學(xué)領(lǐng)域，許多發(fā)明和成果的最初靈感，都來(lái)自大自然中某些生物的啟示，這就是通常所謂的仿生材料。例如，廣為人知的“蓮花效應(yīng)”，就是人們從荷葉表面的某些特性發(fā)現(xiàn)的——荷葉的表面有許多微小的乳突，讓水不能在上面停留；水滴形成后會(huì)從荷葉上滾落，同時(shí)將灰塵帶走。受此啟發(fā)，人們發(fā)明了自潔窗戶和先進(jìn)的外墻涂料。

又如，研究發(fā)現(xiàn)，海洋生物烏賊和斑馬魚(yú)天生有一種改變自身顏色的能力，這是由它們體內(nèi)的色素細(xì)胞決定的。受此啟發(fā)，人們最終發(fā)明了一種“電致變色聚合物”的纖維，它可依據(jù)所施加的電場(chǎng)改變顏色。

之所以具有這種功能，是因?yàn)樗幕瘜W(xué)鏈中的電子可以吸收不同波長(zhǎng)的光線。因此，在將電線與一組蓄電池連接后，這種纖維織物的每個(gè)交叉點(diǎn)都將變成一個(gè)如同電視或電腦屏幕上的小光點(diǎn)，即像素。穿上用它制成的服裝，人們就可以根據(jù)自己的心情和所處環(huán)境的需要，通過(guò)微型開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)控服裝的顏色，使自己與周圍環(huán)境的色彩融為一體，所以這種服裝又被稱作“變色龍”服裝。如果用它制成軍服或帳篷，就可以使前線的士兵完全“消失”在背景里。

最近，科學(xué)家又將目光投向了蠶繭。英國(guó)牛津大學(xué)的戴維·波特等人研究了蠶繭的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它那質(zhì)輕、強(qiáng)韌、多孔的特性不僅可以保護(hù)蠶蛹不受外界威脅的傷害，而且作為理想的參照物，可據(jù)此開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的“仿生復(fù)合材料”，用來(lái)制造防護(hù)性頭盔和輕型裝甲，這對(duì)于那些經(jīng)常遭遇路邊炸彈等爆炸物威脅的人群來(lái)說(shuō)，無(wú)疑可以起到減少傷亡、挽救生命的作用。同時(shí)還可以開(kāi)發(fā)出用于汽車外殼的防沖撞新材料，增強(qiáng)汽車的安全性。

與此同時(shí)，一種名為“螳螂蝦”的甲殼綱動(dòng)物也引起了科學(xué)家的興趣。這種小動(dòng)物既非螳螂也非蝦，只是因?yàn)殚L(zhǎng)相相似而得名。螳螂蝦以蝸牛、螃蟹等動(dòng)物為食，能用鉗子般的前螯擊碎它們的外殼，力度高達(dá)500牛頓。

美國(guó)哈佛大學(xué)的詹姆斯·韋弗等人研究發(fā)現(xiàn)，螳螂蝦進(jìn)化出了很特別的身體結(jié)構(gòu)，如它那復(fù)雜的復(fù)眼能看到從紫外線到紅外線的各種光線。更令人驚奇的是，它的螯里面有一種比現(xiàn)有合成材料更牢固和堅(jiān)韌的多重結(jié)構(gòu)，每個(gè)都能抵御災(zāi)難性破損；即使它的螯在雨點(diǎn)般的敲擊后受損，其身體也會(huì)安然無(wú)恙。

通過(guò)納米級(jí)的剖析，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，螳螂蝦的螯之所以具有極強(qiáng)的抗撞擊能力，還因?yàn)樗捏w內(nèi)有3種礦物成分和功能各不相同的區(qū)域：其一是在準(zhǔn)備出擊時(shí)，螳螂蝦會(huì)把螯團(tuán)成一個(gè)大頭棒，其厚度是相鄰附器的5倍。第二個(gè)區(qū)域叫撞擊區(qū)，也就是螯的外層，它含有羥磷灰石，這種薄薄的物質(zhì)也出現(xiàn)在脊椎動(dòng)物的骨骼和牙齒中，厚度只有50～70納米。通常情況下，這樣的薄層很容易碎裂，但它下面有一層脫乙酰幾丁質(zhì)，可以分散撞擊力并防止裂痕擴(kuò)散。第三個(gè)區(qū)域分布在螯的側(cè)面，硬度更低一點(diǎn)，有助于進(jìn)一步分散撞擊力。正是靠著這種特殊的三叉結(jié)構(gòu)，螳螂蝦的螯堅(jiān)韌無(wú)比。

模仿這種構(gòu)造，有可能幫助人們研制出更好的防彈服——目前的防彈復(fù)合材料主要使用硅酸鹽、玻璃纖維、特富龍和橡膠，其性能遠(yuǎn)不如螳螂蝦的天然材料。除了可用作防彈服外，這種多層生物復(fù)合材料還可用來(lái)制造多種其他高強(qiáng)度有機(jī)混合材料，如工業(yè)陶瓷等，或者為它們的研發(fā)提供重要借鑒。

仿生材料領(lǐng)域取得的累累碩果，正在改變因成本不斷上漲和原材料日益稀缺而陷入困境的某些行業(yè)，其發(fā)展前景十分看好。