加工制造過(guò)程中降低能源和材料消耗的需求日益迫切，而大自然卻能夠給予建筑師和工程師無(wú)盡的靈感。邁克爾?波林撰文。
工業(yè)革命初期，人力資源稀少，自然資源充裕。如今，情況正好相反：人口不斷增長(cháng)，資源卻在逐漸減少。與此同時(shí)，人類(lèi)還面臨著(zhù)日益嚴峻的氣候變化挑戰。這一切都預示著(zhù)，我們必須改變以往的生產(chǎn)方式，通過(guò)設計研發(fā)，減少物質(zhì)材料的消耗，增加人力資源的使用。
仿生學(xué)在降低能源消耗方面功效卓著(zhù)，不僅有助于提高物質(zhì)資源的利用率，還有可能提升人力資源在設計和加工領(lǐng)域的創(chuàng )新性投入。仿生學(xué)的宗旨就是取生物之所長(cháng)，從歷經(jīng)38億年進(jìn)化發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)物中學(xué)習經(jīng)驗。正是由于經(jīng)歷了殘酷的進(jìn)化改良過(guò)程，生物體才展現出卓越的能效優(yōu)越性。
生物的某一特性在經(jīng)歷進(jìn)化過(guò)程中的優(yōu)勝劣汰之后變得尤為突出，這樣的例子在自然界屢見(jiàn)不鮮。例如，在嚴酷的天擇壓力下，鳥(niǎo)類(lèi)的進(jìn)化就與自身重量息息相關(guān)。烏鴉、喜鵲等鳴禽鳥(niǎo)類(lèi)的頭骨結構從工程學(xué)的角度看簡(jiǎn)直可以稱(chēng)為奇跡。對其截面構造進(jìn)行顯微觀(guān)察可以發(fā)現，這些鳥(niǎo)類(lèi)的頭骨都是由通過(guò)網(wǎng)狀結構緊密相連的眾多骨塊構成，是網(wǎng)殼結構與空間架構技術(shù)的完美結合。厚厚的頭骨在盡可能減輕體重的同時(shí)為鳥(niǎo)兒提供了最大限度的保護。
另一個(gè)例子就是蜘蛛。蜘蛛通過(guò)吐絲器噴出多條完美的蛋白質(zhì)聚合物，然后再用后腿將其“擰”成一股。這種聚合物風(fēng)干凝固后，其強度甚至優(yōu)于目前最強韌的人造合成纖維——凱夫拉爾纖維。而這兩種纖維在制造技法上卻有很大差異。凱夫拉爾纖維的加工過(guò)程需要高溫高壓，并且還會(huì )產(chǎn)生大量的有毒廢棄物。然而，蜘蛛卻在常溫常壓下僅靠消耗飛蟲(chóng)和水便達到了同樣的目的。
以上的例子遠非個(gè)案。人類(lèi)的生產(chǎn)方式總是離不開(kāi)開(kāi)采、粉碎、冶煉、精煉、成型這一系列高耗能的加工過(guò)程。不僅如此，之后通常還需要經(jīng)過(guò)處理、噴涂防護層、粘接等加工工藝。在自然科學(xué)作家珍妮·班娜斯看來(lái)，這一“加熱、加壓、化學(xué)處理”的生產(chǎn)模式要遠遜于自然界的生產(chǎn)方式。
可是，自然界的生產(chǎn)方式極為復雜，人類(lèi)很難模仿。即便是能夠模仿，其成本也非常之高。然而，目前正處于起步階段的數字設備革命卻有望改變這一現狀。上世紀八十年代出現的快速成型技術(shù)就是設計領(lǐng)域的一大突破。這一技術(shù)能夠在最小人力投入的情況下，高精度地將計算機三維模型加工成實(shí)物。這一技術(shù)還在不斷發(fā)展之中，并會(huì )最終突破產(chǎn)能局限，成為具備量產(chǎn)能力的生產(chǎn)方式。
對于人類(lèi)而言，盡管掌握與生物生長(cháng)過(guò)程等效的技術(shù)暫時(shí)還可望而不可及，但是，在低溫常壓條件下，利用纖維素之類(lèi)的天然聚合物制造復雜高效材料卻大有前景。暢想一下，僅需傳統工藝1%的能耗就能生產(chǎn)出比傳統材料能效高出十幾倍的材料，該是多么令人鼓舞啊。不僅如此，使用得當的話(huà)，這些材料還能夠通過(guò)回收加工，不斷地加以循環(huán)利用。這恰恰體現了設計變廢為寶的理念。
英格蘭西南端康沃爾的仿生學(xué)項目——伊甸園計劃舉世聞名。該項目從花粉粒、放射蟲(chóng)、蜻蜓翅膀等自然界生物體以及碳分子上吸取靈感，徹底顛覆了故有的建筑類(lèi)型。由于其所使用的薄膜材料在重量和能耗方面只有玻璃材料的1%，因此，該項目不僅上層結構的重量小于建筑物內部空氣的重量，而且成本也只有傳統建筑的三分之一。隨著(zhù)仿生制造工藝的不斷進(jìn)步，建筑的資源能耗也會(huì )進(jìn)一步降低。
在支持全球水資源短缺地區的農業(yè)發(fā)展方面，撒哈拉森林項目更是開(kāi)啟了先河，而其靈感則完全來(lái)源于霧姥甲蟲(chóng)。經(jīng)過(guò)長(cháng)期的進(jìn)化，這種甲蟲(chóng)能夠在干旱的沙漠中收集淡水而生存。模擬生態(tài)系統進(jìn)行項目設計使該項目創(chuàng )造出了巨大的價(jià)值?；蛟S，不久之后，光亮如鏡的玉蟲(chóng)、能夠收集水分的刺甲蜥、在沙中穿行而毫發(fā)無(wú)損的石龍子都將是我們學(xué)習的對象。
人類(lèi)歷史上的第一座穹頂建筑幾乎可以斷定就是從海洋貝類(lèi)獲得的靈感。由此可見(jiàn)，仿生學(xué)的應用由來(lái)已久。然而，在科學(xué)知識完備、設備更為先進(jìn)、藝術(shù)創(chuàng )造不受傳統教條限制的今天，我們應重新認識仿生學(xué)。而這樣的機遇對于設計者來(lái)說(shuō)也是千載難逢機會(huì )。
那么，如何才能推進(jìn)仿生學(xué)研究的快速轉化？盡管，某些情況下可以借助法律手段來(lái)達到這一目的，但是，財政手段卻可以通過(guò)獎勵創(chuàng )新切實(shí)起到推動(dòng)革新的作用。迄今計算機輔助生產(chǎn)所取得的進(jìn)展在很大程度上就得益于軍事科研的預算投入。如果建筑行業(yè)科研資金短缺的問(wèn)題能夠得到有效解決，那么就相當于清除了創(chuàng )新發(fā)展道路上的一塊巨大的絆腳石，使更多的企業(yè)有能力將創(chuàng )新理念轉化為商業(yè)現實(shí)。
稀缺性是進(jìn)化過(guò)程中促使動(dòng)植物發(fā)生適應性變化的主要因素。同樣，通過(guò)改變稅收導向，將稅收重心由人力資源轉向自然資源，同樣可以起到加速創(chuàng )新的目的。伊甸園項目中，資源的使用效率就在很大程度上取決于資源的成本。鋼材價(jià)格如果升高，那么自然而然就會(huì )少用。這樣一來(lái)，不僅節省了資源，同時(shí)，加工工藝復雜程度的提高還能夠創(chuàng )造更多的就業(yè)機會(huì )。通過(guò)各種形式的環(huán)境稅使環(huán)境成本內部化，讓資源價(jià)格能夠充分體現氣候變化成本，從而推動(dòng)創(chuàng )新、節約資源。
然而，政府通常只知道采取行政命令的方法，卻很少想到通過(guò)創(chuàng )造良好的經(jīng)濟氛圍來(lái)促進(jìn)創(chuàng )新。而后一種方式與進(jìn)化改良過(guò)程有著(zhù)異曲同工之妙。進(jìn)化過(guò)程中資源稀缺是一種常態(tài)，而大自然給出的答案就是提高資源使用效率。與大自然相比，人類(lèi)自愧不如。
邁克爾·波林，倫敦可持續建筑設計研究機構Exploration主任。2011年，其著(zhù)作《建筑設計中的仿生學(xué)》由RIBA出版社出版。
本文最初發(fā)表于倫敦皇家藝術(shù)、制造和商業(yè)促進(jìn)會(huì )（RSA）出版的RSA Journal 2011年冬季卷。本站經(jīng)授權使用。版權所有? RSA。
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