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師法大自然，生活中的仿生設計
文｜WenLin
圖｜劉倩帆
15世紀，李奧納多・達文西(Leonardo da Vinci)曾在筆記上寫道，蝙蝠和雀鳥是他創造撲翼飛行器的靈感來源，就算最後失敗了，他仍繼續研究鳥類的滑翔飛行，而這間接促成了李林塔爾(Otto Lilienthal)藉由觀察鸛的翅膀製造出滑翔機。這些飛行的先 驅們創造的，就是我們於20世紀後所說的「仿生設計」。
顧名思義，仿生設計就是「模仿生物」 去設計物品和機器，使人造技術具有生物靈敏、精巧與節約的特性。現今已有愈來愈多來自不同領域的人加入研究仿生學，其中最大的魅力，或許是期許大自然能夠解答亟為迫切的環保和能源問題。旅行搭乘的新幹線 與飛機也是重要的案例：
新幹線
新幹線 JR500 系列車的流線型設計充滿近未來感，時速最高可達 350km/h。「讓它跑很快並不難，」工程師仲津英治曾在接受雜誌訪問時解釋道，「問題是噪音，日本新幹線就在你住宅旁邊，你愈追求速度，它發出的噪音就愈大。」 日本的噪音受到政府嚴格的法規管制， 新幹線軌道中心起的 25公尺外，測出的聲音必須低於75分貝，幾乎等同家裡吸塵器發出的分貝，當新幹線列車高速進入隧道時，會撞擊隧道內靜止的空氣，產生高壓波， 該高壓波在抵達隧道出口時，空間會突然擴大，壓力一下子釋放，進而產生巨大且不悅耳的噪音，這種噪音會穿透民宅窗戶，民眾抱怨自家嬰兒常因此半夜驚醒哭鬧。 身為愛鳥人士的仲津英治這時想到了翠鳥，牠可以像一支箭高速衝進水中抓捕獵物，卻不會激起任何水花，因為翠鳥尖銳且 修長的鳥喙，能減緩水的阻力衝擊。仲津英治在仔細觀察翠鳥後，進行了大規模的實驗，再用電腦進行資料分析，成功模仿翠鳥，設計出 JR500 系宛如有長鼻子般又尖又長的車頭，讓行駛阻力減少了三成，既解決了噪音，耗電量也減少了15%。雖然JR500 系已經退役，這項安靜且環保的技術現仍應用在新幹線回聲號 Kodama 上。 「這份經驗讓我體會到，人類打算戰勝自然的想法是錯誤的，我們應該要向自然學習。」仲津英治說。
飛機
下次搭飛機坐到靠窗的位置時，不妨好好觀察飛機兩側的機翼末梢，因為在現存的大部分大型飛機上，都可以看到航太工程師理查德・惠特科姆（Richard Whitcomb）的劃時代發明。 1970 年代，一篇關於鳥類的文章促使惠特科姆研發出「翼尖小翼」（Winglets）⸺在飛機機翼的末端，一小片「翹起來」的梯形小翅膀。這一片小翅膀有什麼厲害的呢？首先，飛機如果要正常飛行，機翼下面的壓力要大於機翼上面，才能讓飛機產生「升力」，但同時，這個壓力差也會使空氣從翼尖下方往翼尖上方移動，此時飛機像被無形繩索拖住，導致飛行速度減慢。惠特科姆就分析鳥在飛行時翼尖出現的氣流，隨後在飛機的機翼末梢處設計一個上翹的小翅膀，這能夠有效減少翼尖的阻力，並在一定程度上成為推力，從而延長飛機的飛行時間，並省下 4% 到 6% 的燃油消耗。
地球現況
資料整理 SUE
2020 年的全球年均氣溫（14.9° C）和 2016 年並列為「有史以來最熱的一年」。目前包括《巴黎協定》在內，國際普遍使用的氣溫基準線是 1850-1900 年前工業革命時期全球均溫：13.7 (± 0.1) ° C，而2020 的年均溫破紀錄地比基準線高出了約 1.2 ° C。但是，這不是單一年份的偶發現象，而是長期趨勢：全球暖化真實在發生。在有紀錄以來，最熱年份前 20 名中，就有 19 名是 2001 年以後。原因不外乎是人為活動的增加，特別是溫室氣體排放，如甲烷和二氧化碳⸺這也解釋了為什麼專家選擇「前工業革命時期」的均溫作為基準。
冰層（ice sheet）又稱冰蓋，即「覆蓋在陸地上的大型冰」，包括冰川、冰原。2020 年發布的一份研究，分析了近 16 年的數據，發現在全球目前唯二有冰層的南極和格陵蘭，分別每年平均有 200和 118Gt 的冰溶化。1Gt 是「十億噸」，1Gt 的冰溶化後能裝滿 40 萬座奧運規格的游泳池⸺你可以算算，要幾座奧運泳池才裝得下每年 318Gt 的融冰量。這個現象背後的原因，想當然是全球暖化，且不只是氣溫，海水的暖化也加劇了冰層融化。同時，由於這些冰層是在陸地上結凍的淡水，融化流入海洋會導致海平面上升：據統計，如今海平面約以每年約 3.6mm 的速度上升。
若用台灣 3 萬 6,000 平方公里的面積來計算的話，相當於地球在 30 年間，消失了約 117 個台灣面積的森林。而在 1990 年以前，森林砍伐率更高，但近幾十年來，儘管砍伐率有所下降，幅度仍不夠大，狀況依舊嚴重。此外，還有許多原始森林地被挪作他用（主要是農業、畜牧業用地）。破壞森林地，改種植單一樹木，會嚴重破壞許多動物的棲地，和原有的生物多樣性⸺截至 2019 年 12 月，全球已有 2 萬 445 種樹木被列為「瀕危」物種。
好消息：2020 年全球供電總量中，有 28％來自可再生能源，較前一年上漲約 2％。國際能源署預估，到了 2025 年，可再生能源將超越煤炭和天然氣（石化能源）成為全球最大供電來源。所謂的可再生能源，包括太陽能、風力能、地熱能、水力能、生質能（由植物等有機物質產生）等大自然的能源，不會枯竭，也幾乎不會產生二氧化碳等排放物。雖然現在煤炭和天然氣仍占供電總量的六成，但近年氣候危機、福島核災的衝擊下，各國確實紛紛投入可再生能源的研究，希望能徹底拋棄高污染的石化能源和高風險的核能。
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