奇趣大自然

自然界「建築大師」的啟迪

原文刊於《綠田野》130期(2018年2月)
作者:綠色力量
「造紙胡蜂」建成的紙蜂巢
「造紙胡蜂」建成的紙蜂巢,結構精美,亦促進了人類造紙技術革新。
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人們從大自然生物的結構和功能獲取靈感,作出了種種發明,這便是「仿生學」。根據雀鳥飛行原理而發明飛機,根據魚兒在水中浮沉原理而發明潜水艇,根據蝙蝠回聲定位而發明雷達,均是仿生學的經典例子。小動物、小昆蟲天生都能掘穴築巢,堪稱「建築大師」,人們在驚歎之餘,更從中獲得了源源不絕的新意念。

黃腰胡蜂的紙蜂巢
黃腰胡蜂(Vespa affinis)是其中一種在香港找到的「造紙胡蜂」。圖是牠們的紙蜂巢。
© Ho Ching Yuen

胡蜂的「紙皮堡壘」

一般常見的蜂巢是蜜蜂利用蜂蠟建造的六角形結構,但原來亦有利用「紙」建成的蜂巢。不同的胡蜂科物種更因為同時會建造紙蜂巢的緣故,統稱為「造紙胡蜂」。蜂后首先會以其大顎咀嚼木屑等植物纖維,並以唾液及水混和造成「紙漿」,再一口一口的造出擁有多個蜂室的紙巢。蜂后更會分泌一種蛋白質塗在紙巢上,增強防水能力,好使紙巢能抵擋風雨。這些胡蜂的高超「造紙」技術,更啟發了十八世紀歐洲造紙技術的革新!

破損的蜘蛛網
就算蜘蛛網破損(箭嘴位置),整個蜘蛛網仍能如常運作,此特性甚至對科技範疇亦所啟發。
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蜘蛛的「難破天網」

蜘蛛網常給人陰森可怖的印象,但在研究人員眼中,卻是改善多種技術的靈感來源!蜘蛛編網時,會從尾部的紡織器拉出兼具伸延性及強度的絲線,編織出三維立體的網。美國麻省理工學院研究員發現,蜘蛛絲的材質配合網的結構,令蜘蛛網一旦破損,亦能將破壞控制在一個細小的位置,避免整張網受到牽連。這樣,蜘蛛只需修補局部破損位置,整張網就能繼續運作。蜘蛛網這種特性對於材料科學、建築學、土木工程多個領域都有重大啟示,甚至是資訊科技工程,亦從蜘蛛網上獲取啟發,加強互聯網系統應對病毒擴散的能力。

美洲河狸建造的水壩
工程師從河狸的水壩,想出了興建環保水壩。(圖是美國大提頓國家公園河道,箭嘴是美洲河狸(Castor canadensis)建造的水壩)
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河狸的「無障礙壩」

有「自然界工程師」之稱的河狸,現存兩個物種:美洲河狸(Castor canadensis)和歐亞河狸(Castor fiber)。牠們懂得利用木材、泥巴及石頭在河道上打造寬闊的水壩,以堵截河水,營造出深水區,方便築巢及覓食。人類的水壩一般都會完全阻礙一些具迴游習性的魚類迴游至上游繁殖,但河狸的水壩卻沒有這問題,鮭魚仍然有能力通過河狸的小水壩。有美國工程師看到了此情況,於是研究出以一系列的矮小水壩,代替單座巨型水壩儲水及發電,以保育迴游魚類。

巨型白蟻丘
巨型白蟻丘啟發了人類綠色建築
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白蟻的「摩天空調」

如果動物界有「最高建築選舉」的話,白蟻丘必定榜上有名!不少分布在熱帶地區的白蟻物種都會建造「摩天」蟻丘,最高可達十米以上,對細小的白蟻來說是極其宏偉高聳的建築!白蟻丘內結構更是複雜非常,滿布四通八達的隧道。最奇怪的是白蟻花了九牛二虎之力建造了「摩天」蟻丘,卻非住在蟻丘之內,而是住在蟻丘下的地下巢穴。原來蟻丘只是巨型的通風及恆溫系統,讓牠們的地下巢穴更為「宜居」。白蟻丘聰明而巧妙的設計,啟發了人類建築師打造出具備自動調節氣溫、節能等功能的綠色建築。