仿生学年:人类的鳍、Aquapenguin和长胡须的机器人

2010年1月13日

它的时间来审查去年的仿生产品和服务，并选择我的最爱，而且，因为这是我的“沙箱”我已经决定耍赖名字我的奖励Tommies。

我还决定把奖项颁发给那些激发了创新的生物，而不是人类发明家。不过，作为安慰，我愿意在旧金山的布埃纳维斯塔酒吧(Buena Vista Bar)为每个人买一杯爱尔兰咖啡。发邮件给我;我很荣幸能与你们每一个人交谈，无论何时你们来访!

企鹅从最严格的生物力学意义上讲，他实际上不会在水下游泳，而是会飞。也就是说，该生物通过其扇动的平面翅膀获得升力和推力。它激发了这家德国工程公司在机器人领域的最新发展费斯托公司在汉诺威贸易展览4月。

的Aquapenguin（右）模仿鸟的流体动力学体的特性和与软质材料和玻璃纤维杆，马达和由3D声纳装置制成Evologics柏林。这些允许机器人游泳具有很大的灵活性，避免与障碍物或其他游泳者的碰撞，这在要求高度灵活性和自主性的情况下很重要。费斯托公司已经基于这项技术开发了一种商业产品，一种带有钳端的工业臂。

该蝠鲼费斯托公司的另一款产品也在水下飞行。的Air_ray(下图)是一个远程控制的氦气气球，由铝蒸发PET箔制成，形状像射线。它装有一个小型伺服器，用仿照尾翼设计的智能连杆机构拍打6英尺长的翅膀许多鱼类的鳍。两个交替的压力和张力侧翼部被肋连接。当一个侧面是加压，该结构从它的在相对的力的方向的几何弯曲。虽然超光（氦的浮力只能支持1.6千克重量），则Air_ray可以执行一些简单的操纵，包括环 - 脱环和向后飞行。缓慢移动Air_ray也可以随身携带的相机。

该形态的蝴蝶，与其他许多昆虫和鸟类一样，呈现出绚丽的色彩，因为它的翅膀在微观尺度的纳米结构。白光被这个表面破碎。其组成的颜色，不同的波长，以不同的阵列反弹。有些颜色相互抵消这就是为什么你会看到一个孔雀的羽毛转移色调。这种现象的启发的结构的彩色显示Mirasol的（见下页），由开发高通股份有限公司。

高通的工程师们看着这种情况的发生，并想出了一个办法来模仿这种所谓的干涉过程。使用MEMS（微机电)，工程师们设计了一种反射装置，可以用一个微小的像素来打开或关闭镜子和玻璃板之间的微小缝隙。这允许一个预定波长的光出现或被抑制。显示器将包含数千个这样的像素，调整后可以反射红色、绿色或蓝色。如何编程将决定最终的画面。

读者可能还记得，另一家公司，帝人纤维有限公司日本，看到了在形态显示结构色不同的应用程序。自2003年以来，该公司出售其Morphotex线作为织物或涂料粉末涂层。

在面料，70米纳米厚的薄膜由聚酯或尼龙的任层叠61层交替地。四种类型的基本颜色，如红色，绿色，蓝色和紫色被允许通过根据可见光波长精确地控制层的厚度来开发。在从织物制成的物品，其结果是不同颜色的闪闪发光的表达时的角度和光的变化的强度。这些产品是深入研究的结果，于1995年开始，连同日产汽车公司和田中金刚小焦。

鲨鱼由于其水动力特性，它经常激发仿生创新，从战斗机的尾翼到泳衣的纹理。同时，鲨鱼皮也没有藻类和藤壶生长。鲨鳍技术已经开发出一种用于医院和学校的无毒材料，由于其结构可以抵抗细菌的生长。该公司声称，数以百万计的微观钻石排列的方式可以在长达21天内防止生物膜的形成。这种“不杀”方法在医疗环境中尤其重要，因为它避免了通过人工选择杀菌剂来促进感染耐药菌株这一日益严重的问题。该公司的Safetouch产品（左），自粘薄膜，被评为2009年被Inc.杂志最好的创新之一。

海豚可以游到每小时33英里，并且可以使用高达80%的能量来产生推力。这种能力激发了来自乔治亚州的发明家特德·恰米洛(Ted Ciamillo)来设计Lunocet（左上图），由碳纤维和玻璃纤维的2.5磅monofin附接到铝底板以精确的30度角。鳍宽差不多四英尺，可以推动以每小时8英里一名游泳运动员，奥运金牌得主迈克尔·菲尔普斯的近两倍的速度。

鱼一起上学形成高速复杂的图案而没有互相碰撞。这种能力的灵感日产汽车公司通过研究这种行为发展EPORO汽车（右）。所提供的创新是一组车辆行驶的能力安全地在一起，避免碰撞和延迟。

在日产的工程师了解到，鱼都能够上学，因为他们的侧线感，他们的视线，并引起的群体现象的出现是因为三个简单的个人行为：防撞，同时保持对你的侧翼你的邻居相对距离，并关闭到遥远的鱼的任何间隙。它们取代的激光测距仪技术为自然侧线机构，以及用于瞄准超宽带（UWB）无线通信，并且被编程的三种算法到车辆的控制。六辆车的证明CEATEC JAPAN 2009展览会在10月的马库哈里展览会上。

那只老鼠启发研究人员在布里斯托机器人实验室的大学在英国以构建Scratchbot这是一个长着胡须的搜救机器人，它依靠灵活的传感器而不是摄像头来评估黑暗狭窄的空间。经过6年的发展，它有18根胡须，每秒钟来回移动5次。传感器探测到胡须允许的扫掠，并将机器人重新定位到接触过的表面。然后，Scratchbot可以确定空间的边缘和障碍，包括不幸的受害者轮廓。该设备最近获得了最佳的新增功能从大众科学杂志2009年奖。

最后,粘液霉菌，多头绒泡菌，它在发现忆电阻器中所起的作用一定会在今年的汤米奖上获得最高荣誉。在过去的一年中,惠普实验室该公司宣布，工程师们已经将他们的发现进一步推进，并成功地将忆阻器阵列移植到一个标准的硅芯片上，预计不久就可以投入商用。记忆电阻器是电子电路理论中缺失的第四无源电路，由加州大学伯克利分校的Leon Chua在1971年预测:一种能记住以前流过它的电流的电阻器。它被比作一根管子，根据流经它的液体的体积而改变直径。

绒泡菌是单细胞有机体，可以感知，反应和预期的条件，因为他们通过研究科学家在北海道大学实行的殖民地。解释这种行为，不经大脑或中枢神经系统来完成，是使更加容易，当科学家们意识到一个难题，他们可能会寻找在忆阻器的有机形式，其中与不同的外部条件下细胞变化中的材料的基本物理性能。

杰出的、合乎逻辑的理论与细致的生物学研究和顽强的工程发展相联系的影响是不能被夸大的。忆阻器将彻底改变计算机技术以及科学家和工程师接近人工智能和模仿人脑的方式。如果绒泡菌有头和肩膀，它站起来就会比其他的获奖者高很多。