內容簡介
| 美國建築大師萊特的建築作品常常師法大自然，他曾說：「學習自然，愛自然，與自然更親近。它絕不會讓你失望。」大自然也蘊藏了所有科技的奧祕與答案，在數十億年的演化過程中，發展出最經濟、最有效率、最環保的各種解決方案。二十世紀末，人類科學家與工程師終於領悟這一點，開始學習大自然的奧祕，致力發展「仿生學」，希望能找到更好的科技發展方向。於是有了以下發展與突破： ●觀察出淤泥而不染的蓮葉表面，發展出奈米馬桶、不沾汙的牆壁塗料與玻璃。 美國新經濟雜誌《Business 2.0》便預測，仿生學是未來開創美好新世界的八大科技之一。目前有越來越多科學家與工程師加入師法大自然的行列，為人類科技尋找更多靈感與利基。未來，新科技將不是「征服自然」的武器，而是帶領人類「重返自然」的媒介。 作者簡介 佛布茲（Peter Forbes） 譯者簡介 張雨青 台灣大學海洋研究所海洋化學碩士，理律法律事務所專利日本組法務專員。合譯有《誰怕科學怪人？》，譯作散見《科學人》雜誌。 |
內容連載
學壁虎與蜘蛛人趴趴走>那些粗糙的小身軀處處起伏
且高低不平，
牠們的體表隆起突如山，
凹處隱似谷。——雷伊，〈渺小中的偉大〉
一個懶洋洋的午後，倫敦動物園的爬蟲動物館內，幾隻蜥蜴文風不動，癱在展示間的地上；變色龍偶爾挪挪身子，從一根小樹枝移到另一根。還有一隻壁虎，牠怎麼打發時間呢？牠掛在玻璃隔間的其中一面側壁上，面朝下至少十五分鐘以上，接著橫越到另一面側壁，再重複同樣的動作。這對壁虎而言似乎不費吹灰之力，有某種東西使牠能攀附在壁面上，而那東西應該不是肌肉。
壁虎能隨心所欲攀簷走壁，這種能力總讓人非常吃驚，公元前四世紀的希臘哲學家亞里斯多德也是其中之一。壁虎能攀爬完全平滑的垂直牆面，甚至玻璃，還能漫步在天花板上。無論表面是粗是滑、是乾是濕，對壁虎而言完全沒有差別。
那麼，壁虎究竟是何方神聖？牠們是一群夜行性爬行類，約有八百五十種，蹤跡遍及所有南方大陸，北達南加州、南歐及中亞。其中研究最多的種類為大守宮（Gecko gecko），這是一種大型的亞洲種壁虎。
實現「機器壁虎」的夢想
一九九○年代中期，壁虎開始向我們透露牠的祕密，地點是美國加州大學柏克萊分校的整合生物學系，在系上教授富爾的複足實驗室（Poly-PEDAL）裡。富爾是當今仿生學的核心人物，也是熱情的鼓吹家，他用一堆計畫名稱為實驗室命名，不但貼切，也顯示他猛踩油門推動仿生計畫，不遺餘力（見圖4.1）。富爾是動物運動方面的專家，這表示他屬於仿生學的生物力學派。動力學是他的研究主題，而他也動力十足，擔任不同學門及各大學之間的合作樞紐。他早就從研究動物的移動方式看出機器人學的潛力，研究主題多半針對昆蟲的移動方式，例如蟑螂這類六足生物的步伐。至於壁虎在垂直表面的附著力，他認為顯然可成為「自主機器人」（autonomous robot）一項吸引人的特性，就連贊助過無數仿生研究的美國國防高等研究計畫署（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）及 iRobot 公司也這麼想；壁虎附著力的可能應用之一便是具有攀爬能力的機器人，或可稱為「機器壁虎」（Mecko Gecko）。
富爾的研究方法是找出動作的精確原理，再與工程師合力製造出執行相同工作的人工技術系統。負責研究壁虎的人是奧特姆（Kellar Autumn），他於富爾的實驗室展開研究生涯，現在則於美國俄勒岡州的路易斯克拉克學院（Lewis and Clark College）擔任教授。
研究壁虎占去了奧特姆的大半職業生涯，不過他最初的興趣並不是附著力。壁虎在很多方面都頗有驚人之處，牠們是夜行動物，意謂著必須在低溫下活動。奧特姆在美國加州大學柏克萊分校攻讀博士時，研究的是壁虎的能量學，那在他口中是「冷血壁虎玩踏板車」。他也花時間去西藏走了一遭，到壁虎的自然棲地蒐集實驗對象。
大守宮在各方面都是壁虎之最。牠的能量運用效率比大多數生物高出三倍，感覺也非常敏銳，有一對專為夜間狩獵而生的大眼，還能聽出實驗室另一頭的牆上有昆蟲爬動。不同於其他蜥蜴的地方在於，大守宮會發出叫聲。越戰期間，牠們是惡名昭彰的「去你的」蜥蜴，神經緊繃的士兵在夜裡常聽見一種聲音，像是敵軍正操著怪怪的口音辱罵他們：「去你的！去你的！去你的！」其實那是大守宮的叫聲。老鳥絕不會事先跟菜鳥新兵說有這種動物，直到菜鳥自己發現為止。
後來，正當奧特姆打算與壁虎一刀兩斷時，才開始想到這種生物的抓壁力。在夏威夷度假的一個夜裡，他在床上躺著，看見天花板有隻大蜘蛛。就在他開始覺得可能有危險之際，幫手來了，一隻壁虎爬過天花板，狼吞虎嚥地吞了蜘蛛。他回過神之後，心裡便想，也許壁虎腳才是最有意思的地方。
偷窺壁虎的吸附祕訣
所有人見了壁虎，雖然一眼就可以看出牠們的能耐，不過必須觀察牠們趾墊上的微細構造，才能知其所以然。單憑目測無法對牠們的附著能力得到太多線索，因為肉眼看上去，趾墊上滿布橫紋，看似只由普通的爬行類鱗片變化而成。用一般的光學顯微鏡觀察壁虎腳，效果也好不了多少，只能看到趾墊上似乎有某種毛狀構造。直到出動電子顯微鏡，才能使壁虎腳上的細微構造一覽無遺。
電子顯微鏡顯示出壁虎的腳趾上有很多剛毛，每隻腳上將近五十萬根。不只如此，奧特姆還說：「末梢分叉得非常厲害。」每根剛毛末梢又再分叉成一百到一千根小剛毛，小剛毛末端伸展扁平有如湯匙狀，稱為匙突（spatu-la），富爾形容它「看起來就像髮尾長了花椰菜」。與表面接觸的部分就是這些匙突，一隻壁虎約有十億個這種接觸點（見圖4.2）。
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