猫眼看世界这只鸟解决了新干线列车的噪

大家好,欢迎来到《猫眼看世界》。本周的执笔作者是我们的生物学博士,曼萍。跟大家讨论的课题是:人们是如何从自然中获得灵感,创造出多种多样的交通移动工具。

在仰望天空、探望海洋之后,今天我们要回到陆地,来看看人们又曾经从自然界获得过哪些灵感,应用于地面上的交通工具呢?我们先来说几个陆地交通工具中的疑难问题,是如何解决的吧。

首先,说个常见的问题——噪音。这并不是指大家按喇叭所发出的声音,而是指在运动过程中持续发生的问题,涉及的主要是技术层面。

比如20世纪70年代,日本的工程师们制造出了 列新干线列车,运行速度可以达到每小时公里,很快啊!这本来是非常好的事儿,但是没多久,居住在新干线沿线的居民,乃至乘坐新干线的乘客,都开始投诉,说列车所产生的噪音太大了,尤其是每次经过隧道时,会发出特别响亮的噪音,让人无法忍受。

新干线的工程师中津英治发现,其原因是,当列车快速行驶时,会不断挤压前方的空气,从而形成一堵“风墙”;而“风墙”和外面的空气相撞,就会发出巨大的噪音。在列车行驶的过程中,这道“风墙”一直都顶在面前,就像你往前跑的时候,也会感受到空气中好像有只无形的手,在拦着你。对列车来说,其实这不仅仅是噪音问题,还会耗费额外的电力去抵消这股阻拦的力量。

怎么办呢?

恰好,这位工程师中津英治,同时还是个鸟类爱好者。他从翠鸟身上获得了解决问题的灵感。

翠鸟能以非常快地速度俯冲进水里抓鱼,却几乎不会激起什么浪花,这是因为,它们的喙就像一把刀,从 至头部逐渐变粗,因此就可以轻松地破开空气,刺入水面,而不会产生太多扰动。所以,中津英治就把原来圆圆的、子弹形状的列车头部,改成了像翠鸟的喙那样的形状。投入使用后,果然,噪音明显变小了,速度也比旧版本更快了,而电力消耗反而降低了15%。

图一翠鸟长长的喙可以轻松破开空气、刺入水面,而几乎不产生扰动

另一个突出的问题,跟能源消耗有关。目前,大部分汽车仍然是靠汽油驱动的,大家一直都在想办法,怎么样制造出更加节能的汽车。有一些工程师就想通过改变汽车的外形来达到这个目的。他们研究了很多种不同的形状, 从谁那里得到了 汽车工业要求的模型呢?

竟然是箱子鱼!

好吧,又来到了猫博士熟悉的领域。她说,这种鱼在潜水的时候也经常见呀!长得就跟它的名字一样,方方的,像个小箱子。它很喜欢在珊瑚丛中穿梭,虽然看起来很方,但游动起来却意外地自由、灵活。工程师们向箱子鱼学习,设计出来的汽车不仅操控性更好,而且借鉴了它扁平的嘴和箱子形状的身体,汽车所受到的风阻力也更小,相比较同等大小的汽车,能节油20%之多!

图二可爱的箱子鱼竟然也是猫博士的老熟人

除此之外,还有很多人从另一个角度入手,致力于开发替代汽油的清洁能源,比如风能、太阳能等等。在这方面,我们也从自然界获得过不少启发。

比如,有人专门在研究如何利用旋涡的能量。

当一个巨大的物体在水中或空气中移动时,会使水流或空气旋转起来,这就是漩涡。在海洋中有不少动物就是借助水体漩涡的力量,才能游动得那么快。比如:金枪鱼和海豚。其实它们的肌肉力量有限,但是利用漩涡的力量作为补充,就能快速游动起来。

科学家们通过观察发现,要实现这一点,对节奏的把握很重要。比如,金枪鱼尾部拍打的节奏,就能让它 地利用上一次拍打所产生的漩涡力量。水母也是通过特定的收缩肌肉的节奏,正好借用到自己所制造的前后两个漩涡相撞产生的推力,在水里快速移动的。

目前,已经有工程师尝试收集高速路上来往的汽车所产生的漩涡能量,用于发电。

之前我们在谈“电”课题的时候,超级理工男周辉还说到过自然界中本身就会发电的生物,就是电鳗。电鳗有三个产生电流的器官,能放出生物电流,最厉害的一下子能放出V电压。日本有一家水族馆,在年设计了一台装置,让一条电鳗为圣诞节彩灯提供电力。

当然,这只是让大家高兴一下的小节目,我们无法直接用电鳗来满足家家户户的日常用电需求。不过电鳗的发电原理,却是有可能借鉴、利用的。真的有科学家正在严肃地研究以电鳗方式产生电流的发电机。如果能够成功,也是一件很有意思的事儿。

或许你也可以自己观察一下身边的动物,看看它们有哪些巧妙的运动方式,或许在未来也有可能从中获得灵感,发明、设计出更好的交通工具哦!比如,在某些特殊的环境中、适应特殊需求而设计的移动工具。嗯,你想不想像壁虎那样,在天花板上行走呢?这个话题,我们明天接着聊吧!

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