本文編譯自題為“BioConvergence: How nature-inspired technology is transforming our world”的文章。向自然學習”，這并非是句空話。本文介紹了科學家如何借鑒大自然，在材料科學，信息技術等領域實現(xiàn)創(chuàng)新。希望能為您帶來啟發(fā)。

大自然經過45億年的演變與發(fā)展，獨創(chuàng)出一套生命法則。例如高大的紅杉樹，可以抵抗重力作用將水分營養(yǎng)，輸送至100米高的樹頂。大自然便是如此發(fā)展出許多著名的規(guī)律法則，生命遵循各自的自然法則，適應，繁衍。

多年以來，研究人員持之以恒地通過研究大自然，以實現(xiàn)創(chuàng)新。比如一名瑞士科學家，有一次在阿爾卑斯山遠足時，發(fā)現(xiàn)針尾草牢牢粘在他的衣物和寵物狗身上，后來他用了十年時間研究出了魔術貼，向世界證明：堅持向大自然探索，也可以有所收獲。

簡單來說，生物融合就是對自然界的研究，以及將自然作用于現(xiàn)象應用于創(chuàng)新的實踐。從技術的角度，它是仿生生物學，物理學和計算機技術的集合。該領域正創(chuàng)造出許多激動人心，富有創(chuàng)造力的科技成果，例如新型材料與新制造技術，它們能高效地制造出更為耐用的產品。

研究人員正密切關注生物融合領域，希望為解決科學問題尋找更加高效，多樣和獨創(chuàng)的方式。到2030年，全球人口預計將增至85億，其中10億人將晉身中產階段，對資源的需求愈發(fā)強烈。這些需求都與一個問題緊密相連——可持續(xù)發(fā)展。對可持續(xù)發(fā)展的擔憂迫使科學家要盡快尋找到新時代能源利用，資源消耗以及制品生產等問題的方法。以下我們將介紹利用生物融合改造世界的例子。

仿生制造工藝

未來，資源消耗或許將趕不上需求增長的速度，因此新的生產工藝，材料的理化特性，采用的科學原理，將是我們關注的重點。新的工藝鼓勵利用定制化，甚至個人化的材料制造不盡相同的產品。好比利用樹木的纖維素制成一根新的樹枝，樹枝因此獲得了柔韌性。顯然，它和同一棵樹上的其它樹枝不同。盡管來源都是同一棵樹，但根據(jù)不同的取材位置，它們的機械強度也會有所差異。

在未來，只需對材料“做加法”，進行修飾，就能控制生產流程，減少污染物的排放。不必額外取材，移花接木，更不必刪繁就簡，我們就可以為材料賦予所需的性質。

仿生材料學

仿生材料是一類模仿生物與天然材料的結構，性質與功能的合成材料。例如能模擬光合作用，吸收光能的光學材料；模擬貝母結構的復合物；以及模仿水母運動的機器人。隨著3D打印技術的興起，科學家通過大自然獲取靈感對新材料進行設計，從而取代已有材料，開發(fā)新的制造工藝。

美國國家學術出版社一篇名為《滿足21世紀國防需求而進行的材料研究》的文章曾說到，“生物有機體內大量的小分子，微結構與次級系統(tǒng)都具有令人矚目的材料特性，而這些都是現(xiàn)今非生物合成工藝所無法制造的。因此，有機體內各級層次以及天然合成路線都能作為制造增強合成材料的基礎。”

科學家受鳥類的骨骼啟發(fā)，合成出新的混凝土。他們發(fā)現(xiàn)鳥類的骨骼具有中空結構，但卻能支撐鳥身，具有良好的韌性。德國慕尼黑工業(yè)大學利用3D打印技術，制備了一種輕質的水泥管，其內部支撐網(wǎng)絡與鳥類骨骼結構相似。以結構效率和結構體積為重點。以簡約的設計滿足生理需求，這就是設計仿生材料的基本理念。

慕尼黑工業(yè)大學土木工程系主任Klaudius Henke表示，“這種材料借鑒了鳥類輕薄卻穩(wěn)健的骨骼，由于傳統(tǒng)方式無法制造相應的結構，因此3D打印技術的出現(xiàn)將顛覆這一領域。3D打印實現(xiàn)了材料造型多樣化，以及結構類型多元化，因為每個材料部件都可以獨立設計，不需花費額外成本。”

DNA存儲技術

除了材料領域，自然界還在數(shù)據(jù)儲存方面為研究者提供指引。部分科學家表示，全球數(shù)據(jù)使用量逐年呈指數(shù)性增長，預計到2040年，全球數(shù)據(jù)儲存的需求就會超過閃存器件原材料硅的供應量。

為此，科學家希望利用自然界最高效的存儲單元DNA（脫氧核糖核酸），來解決上述問題。傳統(tǒng)的硬盤驅動器為二維結構，而DNA由核苷酸組成，內含磷酸鹽，脫氧核糖與含氮堿基，是一類具有三維結構的有機化合物，單位面積儲存的信息更多。科學家利用DNA數(shù)字存儲技術，僅1gDNA便可以儲存2.15億GB信息——這一數(shù)字相當于全互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)總量。作為一種天然材料，DNA結構緊密，在通風陰涼處可以完好保存數(shù)十萬年。

哥倫比亞大學計算機科學家Yaniv Erlich說：“DNA不存在過期的問題，不會像卡式磁帶和CD那樣，隨時間推移而降解失效。”即使是埋藏超過70萬年的骨頭碎片，它保存的DNA也能提供許多有用的信息，而且與閃存相比，DNA儲存消耗的能量僅為前者的百萬分之一。

滲透能發(fā)電

生長在沿海地區(qū)的紅杉樹高達100米，從地底汲取水分與營養(yǎng)素，通過其營養(yǎng)輸送系統(tǒng)分布至全身。科學家受此啟發(fā)，通過滲透能的原理生產可再生能源。

在挪威的托夫特河，有一臺利用滲透能無碳發(fā)電的原型機。電力通過常見的咸淡水滲透現(xiàn)象而產生。能源公司Statkraft負責人Skilhagen表示，“全球對綠色能源的需求十分迫切，而滲透能就是很好的資源。咸淡水通過滲透產生電能，環(huán)保可再生。”

Statkraft的發(fā)電廠從附近地區(qū)抽取咸淡水，分別注入兩個由滲透薄膜隔開的水箱。此時淡水會向咸水滲透，咸水一側產生滲透能，發(fā)電輪機因而啟動。滲透能每年可產生大約1700兆瓦時電量，這一數(shù)值是目前歐盟各國總耗電量的一半。

人腦AI

人工智能誕生之初，科學家曾預言未來計算機在處理指令時，能像人類一樣進行思考。神經網(wǎng)絡便是受動物大腦的神經系統(tǒng)啟發(fā)而發(fā)明的。如今，研究人員對神經網(wǎng)絡加以改造，大膽地將人腦與計算機“合二為一”。位于美國加州的初創(chuàng)公司Koniku，正在研究將動物神經元加載到硅片上，研發(fā)相應的計算機芯片。

該企業(yè)創(chuàng)始人，尼日利亞神經科學家，生物工程師Oshiorenoya Agabi曾說過：“生物學是技術之靈。所有深度學習網(wǎng)絡的設計目的都是仿效大腦的思考模式。”Agabi表示他的團隊試圖研究如何向神經元傳達指令完成具體的任務，如機場***探測。他們會將設備放置在機場周圍不起眼的角落，相信能緩解日常機場安檢的壓力。

Koniku研制的設備能探測出揮發(fā)性物質，因此還能應用于醫(yī)學領域，識別人體指標分子的變化，“嗅出”疾病。它用一個碟狀裝置控制神經元間的信息交流，內置的電極可以讓使用者讀取儀器數(shù)據(jù)，甚至向神經元寫入新信息。

“未來將是合成生物學的世紀，今天的一切都是為此而做的鋪墊，而人腦AI將會成為機器人的設計方向。”Agabi表示。

能量網(wǎng)格群邏輯

蜜蜂是大自然的一個奇跡。它們不需任何指令，僅憑在蜂巢的位置以及周圍蜜蜂的工作，就能清楚自己的職責。

智能能源管理公司Encycle借鑒蜜蜂內部去中心化的群邏輯，提高能量網(wǎng)格效率。摒棄了過去中心化分配能量的模式，新裝置使用多個本地控制器，它們之間通過無線電交流信息，對能量進行合理調配。

企業(yè)還將其應用擴展到屋頂空調系統(tǒng)，恒溫器與建筑管理系統(tǒng)當中。系統(tǒng)利用溫度傳感器控制空調開關，從而節(jié)約能源，錯峰用電。

保護以推動創(chuàng)新

創(chuàng)新之路任重道遠，而最偉大的創(chuàng)新者非大自然莫屬。在各個尺度上，存在于地球的數(shù)十億生命形式都能為我們的創(chuàng)新之路給予啟迪。

保護不應該只停留在自然資源的層面上，還應該對這個時代的創(chuàng)新的關鍵問題進行討論。自然界蘊藏著生物進化的奧秘，因此善待自然，我們的世界才會變得更好。