仿生學啟示錄：汽車設計借鑒旗魚結構提速

新浪科技訊 北京時間9月3日消息，據英國廣播公司(BBC)網站報導，設想一下，當你在外度假時一時興起買下了一條昂貴的魚類標本，把它帶回公司，並且讓你的老闆為它買單，情況會怎麼樣？你的老闆估計肯定不會高興。但弗蘭克·史蒂芬森(Frank Stephenson)的老闆不一般，他工作的公司也不一般。至於這條魚，當然也不是一般的魚了。

旗魚偶遇

史蒂芬森是麥克勞倫汽車公司(McLaren Automotive)的設計總監，這家公司設計了一系列廣受好評的高端汽車品。當史蒂芬森在加勒比海度假期間，他注意到自己下榻的酒店牆壁上掛一條旗魚標本。一位當地人告訴史蒂芬森，他非常驕傲自己捕獲了一條旗魚，因為它游的實在太快了。這句話吸引了史蒂芬森，他開始研究這種魚，它為何能游的那麼快？

在返回倫敦的途中，史蒂芬森在美國邁阿密中途停留。在這裏他很幸運的從一名當地漁民手裏買到了一條旗魚，將它送到城裏製作成了標本，並隨后將它發往位於英國薩裏郡的麥克勞倫公司空氣動力學研究實驗室，在那裏，公司的研究人員將嘗試了解讓這種魚得以高速游動的秘密。

研究的結果發現，這種魚能夠只用博爾特一半的時間便游完100米的距離。之所以需要這種驚人的速度，是因為它們要追逐一些游動速度很快的小魚作為食物。研究顯示旗魚皮膚上的鱗片會生微小的漩渦，將整個身體包裹在一層氣泡層中，而不是密度更高的海水。這就減小了阻力，讓快速的游動更加方便。只是這家汽車公司嘗試學習大自然技巧的諸多案例之一。

進化設計

麥克勞倫公司的設計師們將相同的結構技術應用於他們最新款P1超級跑車的發動機管路內壁。這一改進讓發動機的進氣通量提升了17%，從而大大改善了該車的性能：新型P1發動機可以生903馬力的強勁混合動力，因而需要更多的空氣輸入來幫助燃燒和引擎冷卻。

P1引擎同時也借鑒了旗魚身體后側靠近尾部的兩根魚鰭結構，其作用是實現身體周邊氣泡和水流的穩定導流。當將這項概念運用於車身設計之后，汽車的外形整體更加符合空氣動力學原理。

大自然已經經歷了數十億年的進化設計，這也是為何汽車設計師們打算借鑒並將這些理念運用於設計的原因。史蒂芬森表示：“這樣做是有理由的。蜥蜴為什麼能垂直甚至倒過來貼在牆壁上？如果你找到了其背后的原因，你就可以將這項技術應用於汽車設計之中，使其在一些特定環境，如因下雨而潮濕的表面防滑。”

早在人類發現流體動力學原理之前，大自然中便早已體現它的精髓。比如，日本三菱重工業公司的工程師們近期開發了一款新型空氣潤滑系統，將水與船體之間隔離，從而讓船體運行阻力下降達80%以上。氣體的密度低於水體，因此輪船便可以藉此減小摩擦，更快更順暢的運行。而這正是旗魚之所以能高速游動背后的秘訣，而麥克萊倫公司已經證明，旗魚的進化設計在陸地上的汽車設計中同樣有用武之地。

盒子魚與汽車

麥克萊倫設計工作室是一間集科學實驗室，藝術工作室與音樂空間為一體的混合體。其目標是幫助設計師獲得最新體驗，手段則是將他們帶離“舒適地域”。史蒂芬森表示：“每天我都在我的辦公室從事研究，看起來我在辦公室所從事的生物學研究而不是汽車設計。”

麥克萊倫公司在仿生學領域的研究也並非獨此一家。著名汽車製造商梅賽德斯-奔馳的仿生學汽車設計正是受到了盒子魚的發。這種魚外形古怪，渾身像是穿上了盔甲，從而讓它獲得保護，抵禦外敵。然而神奇的是這種看似笨拙的外形卻並未阻礙它靈活的運動能力，這一特點引起了梅賽德斯公司的注意。通過模仿這種外形，工程師們設計出一款外觀新穎的車型，其在空氣動力學優越性方面達到了破紀錄的水平。借助這款設計，梅賽德斯的工程師們也成功地讓汽車的燃油耗費下降了20%，並讓一氧化氮排放量下降了80%。

日本的嘗試

日本日汽車公司努力尋求終極版本的防撞汽車設計，他們研發了一款名為“Eporo”的小型機器人，這款機器人的設計同樣參照了一種海洋生物的特點。Toru Futami是該公司先進技術與研究主管，他表示：“我們需要向大自然學習終極防撞擊系統的設計靈感，尤其是魚類的行為模式。”魚類常常會大規模集群行動，但卻從來不會相撞，日汽車研發的這款機器人專門採用了模擬這種魚群行為的算法模式。Toru Futami表示：“這一算法模式其實非常簡單。”

他：“魚類只要遵循以下3條原則：不要離得太遠；不要靠的太近；不要相互撞擊。”這一設計思想已經逐漸被應用於日汽車的一系列新品研發之中，如智能剎車系統(IBA)以及前向撞擊告警系統(FCW)。這些成果都是新型防撞擊車型研發的基礎，這樣最終便能避免對車道，交通指示燈體系等基礎設施的額外改進需求。甚至有些現有的汽車部件也將變得沒有用武之地。史蒂芬森表示：“我們最終將不再需要風擋刮水器，動物們的眼睛上可都沒有安裝雨刷器。”

當然，並非所有設計靈感都來自海洋生物。就以Eporo為例，其採用的激光測距儀(LRF)技術便是從日汽車之前的一個項目中衍生發展而來的。其靈感來源於大黃蜂可以在廣闊範圍內探測物體的能力，並且可以在180度半徑範圍內距離兩米處探測到障礙物的存在。採用這項仿生技術之后，機器人便可以探測到路徑上的障礙物並靈巧的避開。

仿生學設計的思想已經影響了很多汽車公司，但大自然奧秘的影響力還遠不止於此。近期，美國宇航局正向公征詢下一代宇航服的設計方案，其中一項設計的理念中借鑒了魚類和爬行動物的皮膚特點。

設計師們正逐漸意識到，大自然的鬼斧神工常常蘊藏精妙的設計思想。因此，我們應當向大自然尋求設計的靈感，畢竟，一條加勒比海的旗魚標本也能帶來巨大的改變。(晨風)