仿生学：自然如何启发我们未来的城市 - 彭博社

Franck Michel/Flickr在剑桥大学的实验室里，生物工程师 米歇尔·奥耶一直忙于制作人工骨骼和蛋壳的样本。这些样本只有几厘米长，但她希望它们有一天能构成高楼大厦。通过这种方式，未来的城市将模仿自然界中最聪明的设计师之一。

那个未来仍然需要几十年，但像奥耶这样的科学家一直在研究自然界中发现的过程——例如，叶子自我清洁的方式，或者蚂蚁 在水中漂浮 的方式——如何解决人类面临的一些最具挑战性的问题，比如应对气候变化和建设可持续城市。

彭博社城市实验室纽约市通勤者在最新的交通混乱中被困在公交车和火车上经历了创纪录的炎热夏季后，空调强制措施的压力加大研究发现，城市地区的降雨量比乡村边缘地区更多芝加哥在赤字超过10亿美元的情况下暂停招聘，直到2025年也许森林生态系统的繁荣可以教会城市规划者如何建设能够抵御极端天气事件的城市。或者建筑师可以 以白蚁巢穴为模型设计摩天大楼，这些巢穴在内部保持凉爽。这一切都属于一个被称为仿生学的研究领域。

“自然世界和生态系统可能是可持续世界的最佳图景，它的运作方式，”咨询公司 Biomimicry 3.8 的高级设计负责人Erin Rovalo说。“如果我们的建筑环境能够像这些生态系统一样运作，也许这就是可持续设计的巅峰。”

“我们忘记了我们也是自然，我们……有一些可以模仿和学习的东西。”Oyen正在尝试复制骨头的自然形成，以制造比混凝土和钢铁更可持续的建筑材料。仅混凝土行业就占全球二氧化碳排放的 10%，部分原因是生产水泥所需的高温（超过一千度）。与此同时，Oyen说：“天然材料是在室温或体温下制造的。它们不需要如此巨大的能量，因此它们总是会更可持续。”

骨头和蛋壳还有一个优势，就是强度：按重量计算，骨头比钢铁更强，而蛋壳则难以破裂且重量轻。这归功于它们的矿物质和蛋白质组成。矿物质使骨头坚硬且抗断裂，而蛋白质则使它们轻便。

为了制作她的样本，矿物质被“模板化”到商业明胶中，明胶是天然蛋白质胶原蛋白的副产品。“我们一直在进行非常字面意义上的骨骼仿生，”她说。下一步是用一种机械性能与真实人骨一样强的聚合物替代明胶。

印度的拉瓦萨镇是以其周围茂密森林的灵感设计的。Chintan Patel/Flickr作为一个正式的研究领域，仿生学直到1970年代才开始获得动力，部分原因是1960年代环境运动的影响。仿生技术是仿生学的一个分支，涉及将自然设计应用于工程、医学和材料科学等领域，根据Oyen的说法，在1990年代随着纳米技术的出现而迅速流行。这个领域有时被称为“古老实践的新兴学科，”Rovalo说。“人类一直以来都将自然界视为灵感的来源。”

今天，你可以在许多地方和不同形式中找到仿生学的例子。想想日本高速列车的鼻子设计，它们与鸟喙相似。或者安东尼·高迪在巴塞罗那的19世纪和20世纪建筑，曲线屋顶模仿叶子的设计，柱子看起来像树干。

拉瓦萨，印度，一个容易遭受季风、干旱和侵蚀威胁的山城，已被建模为其周围茂密森林的生态系统。“设计团队开始问，‘当地生态系统是如何应对这个季风而不失去所有土壤的？’”Rovalo说，他的公司与设计公司 HOK 合作在这里建立一个社区。

因此，他们开始研究生态系统，并考虑如何设计雨水储存系统，以模仿在雨季吸收水分并储存以备后用的树木。他们还研究了可以帮助减缓降雨速度的设计——就像森林中的叶子所做的那样。

“建筑环境中的一个问题是，当场地被清理时，你会移除很多垂直结构，因此[雨水]击中地面的第一表面是以最大速度的，”她说。“生态系统是由灌木层、中层树木层、树冠层构成的，所有这些层都会减缓雨滴的速度，以至于在它真正击中土壤时，它是非常柔和的，并且被迅速吸收。”

奥迪城市未来倡议确实，在未来，仿生学可能会体现在房屋的建造方式或我们的交通网络的布局上。灵感几乎可以来自任何地方，从整个生态系统到其中的单个植物和昆虫。它可能来自粘菌，或者来自人体。

“我们忘记了我们也是自然。而且我们和其他任何物种一样，基本上是生物学，有一些我们可以模仿和学习的东西，”阿恩德·佩赫斯坦说，他负责仿生学3.8的姐妹智库仿生学德国。作为一名在柏林的神经科学家，佩赫斯坦正在与奥迪城市未来倡议的研究人员合作，重新思考城市的交通网络——他正在根据我们身体内“货物”在细胞内的移动方式进行建模。

蛋白质和细胞器——“货物”——通过称为马达蛋白的载体运输，这些载体沿着不同的微管或“街道”移动。“一种马达蛋白不仅能够携带一种特定的货物，因此它可以与该货物解耦并可以承担其他货物，”Pechstein说。“你还有不同的马达蛋白可以在不同的基础设施之间切换，而无需任何等待时间或延迟。”

Audi Urban Future Initiative马达蛋白之间相互通信，传递它们正在携带的物品以及需要放置的位置，从而防止我们细胞中的交通堵塞。这比我们城市中发生的情况高效得多，在城市中，汽车大部分时间处于闲置状态，而高峰时段可能导致严重的交通瘫痪。

在研究促进这种效率的模式时，Pechstein和他的团队重新设计了汽车的概念，并将其命名为Flywheel。在这种新的、更模块化的设计中，汽车是圆形的，乘客舱可容纳两人。为了容纳更多的人或运输其他货物，它可以与其他车辆合并形成“列车”。而且，团队提出了一种基础设施设计，使汽车——像马达蛋白一样——可以在路面和地下之间切换。

“如果我们能够通过将交通引导到其他地方来减少地面的交通量，那么我们将大幅减少城市中运输所需的噪音、污染和空间，”他说。

奥迪城市未来倡议我们很可能在几十年内不会看到佩赫斯坦的设计或奥耶恩的骨头城市愿景成真。虽然仿生学邀请来自各个领域的科学家，但佩赫斯坦表示，仿生学在城市规划的背景下尚未成为主流。

他说，仿生学既关乎创新，也关乎改变人们的行为。人们必须想要它。奥耶恩也承认，她的许多工作是实验性的，并且面临许多挑战，比如成本和严格的建筑规范。

此外，负责任地实施自然启发的设计本身就是一种仿生学。“你可以有颠覆性的变化，”他说。“但在自然界中，进化往往不是颠覆性的，而是更渐进的。”