“学习自然，热爱自然，亲近自然，它永远不会让你失望。”
——弗兰克·罗伊德·莱特
在英国石油公司2010年墨西哥湾漏油事件之前，发生在1989年的埃克森·瓦尔迪兹漏油事件被认为是历史上对环境损害最为严重的事件。几万里海面都被原油覆盖。两次事件发生后，电视上多次播放了不少让人心碎的画面，水獭、鸟以及其他野生物种被困于油污之中，苦苦求生。看到埃克森·瓦尔迪兹漏油事件的新闻后，阿拉巴马州的理发师菲利普·麦可罗利注意到志愿者为水獭清理油污时尤其困难，因为油污似乎被水獭的皮毛吸附得牢牢的。他想，如果动物的皮毛能够吸附油污，为什么人的毛发不能？
后来他找来一条紧身裤，塞满从他理发店的地上扫来的头发，然后投进他儿子家的浅水池。同时投进池中的还有一加仑机油。几分钟后水就变得干净了些。他找到了一个清理油污的方法，不但如此，这个方法还有个出人意料的好处。头发吸附，而不是吸收油污。层层油污停留在头发的表面，只需要挤一挤就可以清理掉，头发束很快就可以重复使用。
他在美国航空及太空总署工作的一些客户帮他联系了技术转让代理。这个代理做了个大规模的实验，发现用1400万磅的头发做成可重复使用的带孔枕头，可以在一周之内吸附埃克森·瓦尔迪兹泄漏的1100万加仑原油。讽刺的是，埃克森花了20亿美元和很长的时间，但却只清理了12%泄漏的原油。
如果麦可罗利不是理发师，恐怕他不会想到这个办法。我们看到的东西虽然是一样的，但我们注意到的却是由我们的人生经验和所有那些使我们成为我们的东西决定的。事实上，根据瑞士心理学家卡尔·荣格的说法，我们的所见和神经有莫大关联。我们当中的一些人注意细节，另一些人则习惯观察整体。不过，不管我们的倾向是什么，创新思维的其中一个技巧是对我们面前的事物更有观察力。如果我们能摘下知觉的过滤镜，不带任何预设和假想，从一个中性的角度去看，我们的视野将会大大扩张，我们也会注意到更多。
奇妙的是，我们眼前就有很多创新的例子，但很少有人注意。仿生学是一门新的科学，它学习自然最好的创新，模仿它们，并把它们用来解决人类的问题。这门学科的前提是大自然根据需要来创造，且已经解决了许多我们曾深受其扰的问题。在38亿年的进化过程里，植物、动物和微生物一直在研究和发展，它们知道哪些东西有用，哪些没用。自然界没有污染和浪费，所有的东西都是可循环的。生物学家、建筑师和工程师现在联手起来，寻找这些生物系统并归类，模仿它们以作创新。
亚洲的荷花就是这样一个例子。科学家注意到尽管它们生长在泥淖中，其中一大部分还是有污染的，但它的叶子永远都清洁且干爽。肉眼看，它的叶子似乎很光滑。但在显微镜下，它其实很是高低不平。下雨时，水滴凝结在叶子表面的低处，等到水平面上升到一定时候，水滴滑落，将脏物颗粒一起带走。这种效果被称之为“莲花效应”，后来被应用到一款名为Lotusan的产品。Sto AG Lotusan公司将带有莲花效应的涂料涂在建筑物表面，让雨水自然地清洗建筑物表面，为许多公司节省了很多金钱、时间、能源和人力。
通用公司的研究人员现在把这个概念应用到了亲水的塑料，以及工业产品的原料金属上。目的是用这项技术有效除冰，提高风力、汽轮机叶面和飞机引擎风叶的效率。除此之外，研究者还寻找能把莲花效应应用在浴室镜子、汽车油漆和屋顶瓦片，甚至是衣服上的方法。它的应用当然还可以更宽广。经过处理的表面，细菌能够减少90%，这显然在医学领域也很具有应用价值。
自洁表面在过水时有另一个功能。对于造船者、泳装生产商来说，鲨鱼等物种的表皮提供了流体动力学的好例子。海水里有无数外体寄生物（藻类、细菌和藤壶幼虫）。如果被沾上的话，行动自然会受到影响，然而鲨鱼却能够在水中自由游动，不受寄生物种的影响。个中原因是鲨鱼的皮肤。和荷花叶子很像，它的皮肤表面上看起来光滑，但其实有很多一个个螺纹状的，名为“小皮肤牙齿”的鳞。
在鲨鱼游动时，那些齿状的鳞不断在内力和外力的影响下曲张，减少了可吸附的面积。鳞片还可以加强水流在皮肤表面的速度，从而减少了与外体寄生物接触的时间。所有这些作用都减少了摩擦力，对于船舶制造者来说是很有吸引力的。船舶寄生物是效能浪费的重要原因。
把这一项技术运用到泳装当中，泳装生产商斯皮多设计了“快游”泳衣。这款泳衣能把泳速提高3%。2000年奥运会上，80%的游泳奖牌都被身穿“快游”的选手获得，这也许不是一个巧合。这些选手还打破了15个世界纪录里的13个。
超级手杖是另一个受大自然启发而产生的创意。蝙蝠的视力非常弱，但运用回声技术，它在黑暗中的行动却十分精准。它们用嘴或鼻子发出声波，声波撞上物体，便产生回声，蝙蝠听到回声，就能判断出自己与物体的距离来。超级手杖是一个电子移动助手，它使用的超声信号遇到物体后折回，警告使用者前方有障碍物。
自然界里各种各样的创造性解决方案数量之多，让人惊讶，而我们才刚刚开始着手去发现。作为创新的来源，自然界既神奇又让人疯狂，因为它既简单又复杂。只需要看看眼前的自然，它是怎么进化而来的，它成功的机制是什么，我们往往不得而知。我们看，但却不一定明白，尤其是当那些解决方案和我们的直觉相左时。不过我们会继续尝试解答自然界的奥秘，工程师在研究澳大利亚硬鳞鱼时就是这么做的。
模仿非常不遵循空气动力学原理的一种鱼，戴姆勒·克莱斯勒制造了一款生物学概念柴油车。这种鱼身上竖有很多尖刺和角。与大部分鱼不同，它游泳时使用胸鳍划水，而尾鳍仅在需要逃脱捕猎者加速时才用。从我们所知的来看，这种鱼不怎么需要空气动力的性能（或者更准确地说，流体动力），因为它游动的速度很慢，主要目的为安全而非为捕食。如果是要为飞机的翼提高空气动力性能，你大概不会研究这种硬鳞鱼。原因很简单，不管你喜欢不喜欢，基本物理原理决定了飞机不能飞得太慢。同理，你大概也不会研究驼背鲸，但这样你就忽视了一个很好的创新来源。
两位科学家，康纳尔大学鸟类实验室的詹姆斯·D·瓦特，和宾州西切斯特大学的生物学教授弗朗克·费舍，发现驼背鲸的有圆齿的鳍状肢是一个非凡的设计。他们发现这些鳍状肢的圆齿不仅比机翼的边缘平滑的设计更有效率，而且还能减少阻力，增加托举力，并把可抗的风向角增加40%。此外，这个设计并不只应用在机翼上，还可用在直升机的旋翼顶端、推进器和船舵上。好处包括安全性更高，飞机的操控性提升，以及更高的燃油效，即降低了飞行最主要的成本之一。
如果你的工作领域与空气动力学相关，但你却不是鸟类学家，你发现这些创新来源的可能性就很小。因此，创新者会问，我们该到大自然中的什么地方去寻找灵感呢？
派克斯科学公司的杰·哈曼从非常平常的东西里找到了灵感，把它变作了自己工业设计的蓝图。是什么？答案是水。哈曼很小的时候就注意到气体或液体不会直线流动，而是螺旋上升或下降。多年以后，在观察水旋转着流出浴缸后，他模仿水流形成的漩涡设计了一个铸件。之后他把这个铸件用在泵和其他设备如旋转部件、推进器的再设计上，使液体更快地流动，发出的噪音更小。现在哈曼还把这个设计用在能耗更经济的电脑风扇上，并从中获利。
就运动而言，我们可以从大自然中学到很多。日本子弹头列车的头部设计来源于翠鸟的喙。因为有着世界上最严格的列车噪音规定，日本的工程师们不得不找寻减少在现存隧道里音爆现象的方法。翠鸟的长喙可以吸收突然入水捕食时的压力变化。日本人模仿这个设计解决了音爆的问题。
工程师们还复制猫头鹰翅膀上呈锯齿状的羽毛，这些羽毛可以使猫头鹰在夜晚悄无声息地飞。锯齿状羽毛分布在翅膀的外缘，它们可以产生小的涡流，进而打破更大的涡流，阻止其发出响声。工程师们将这锯齿状的设计融合进连接火车和顶部电线的装置中，再次大大地降低了噪音。
仿生学的特别之处不仅仅在于它是很多创新的来源。更大的好处也许在于基于这一方法而生的创新提高了人类的生活水平，增加而不是破坏或损坏我们生存的世界。和许多人为的方法不同，大自然的解决之道不会产生垃圾和污染，不会危及我们的环境。
把石灰石用作结构材料就是一个好的例证。加拿大温尼伯市Biomass研究所的E·罗伯森表示，人们已经找到了三种方法：把它切成砖块，磨碎，用很多能量加热到2700华氏度做成水泥。实际上，每生产一吨水泥，就会将一吨的二氧化碳排放到大气中。二氧化碳是一种温室气体，是全球变暖的主要原因之一。
与之相反，自然母亲的方法更为简单：将它喂给一只鸡，稍后得到一个壳更为坚硬的蛋。而如果我们和蛤和牡蛎一样聪明的话，我们或许可以在40华氏度把石灰石变成结构材料。当然，自然界的多样化让我们不需要依赖喂鸡来生产结构材料。鲍鱼壳的交替钙层结构让它的结构比高科技的瓷器还要硬一倍。我们也不要忘记微小的蜘蛛，它织的网硬度可以媲美高规格的钢材，和卡尔维夫纤维一样强韧。蜘蛛丝非常的轻。一束绕地球一周的蜘蛛丝也不过16盎司重。没有浪费，也没有污染。
人们观察自然时，可能很难理解它表现出来的美。它一直是艺术家灵感的来源，艺术家们试图捕捉它，保存到画布上。大自然创造颜色的能力大大超过我们。我们用颜料来作画，其中一些色素还有毒。当画的表面经历时日，受到腐蚀后，还必须重填颜色。除此之外，我们还有用来盛颜料的瓶瓶罐罐，它们对环境的破坏力相当不小。大自然是怎么做到毫无损害和浪费地提供色彩的？
让我们从那些色彩斑斓的鸟类、蝴蝶和昆虫的羽毛，鳞片和骨骼里来寻找答案吧。没有什么是新增加来提供色彩的。相反，色彩是结构的一部分，因为鳞片和羽毛的组合能够以放大波长的方式来折射光或干涉光，使得颜色比颜料要亮四倍。鳞片和羽毛从来不需要重填颜色，它的色素也完全无毒无害，处理起来不成问题。
日本帝人纤维株式会社是第一家把自然技术商品化的公司。它们生产的“密可柔”，灵感来源于一种大闪蝶。密可柔是一种不含色素的纤维，但运用光干涉技术，这种纤维自身可以发出亮色。
美国公司Qualcomm运用了同样的概念，但方法却不同。它们开发出光干涉调制器（IMOD）的微电子机械系统。这个系统由两个导电薄板组成，一个薄板是置于玻璃基底媒介之上的一摞薄膜，另一个是悬挂于基底媒介之上的可反射动植物薄膜，两者之间充满空气。不通电时，两个薄板是分开的，光射在基底上会被反射。通电后，两个薄板会因为静电吸引力而慢慢向中间移动，而光会被吸收，把周围变成黑色。这样的结果是创造出一个低能耗的屏幕，可供人们在阳光下阅读。
只需要加入一点创新，色彩就不需要损害环境。比如德国公司Sto生产的StoClimasan涂料，不但无害，还能在人工光下分解气味和空气污染物分子，从而起到净化空气的作用。它利用了自然界的光合作用——绿叶把光能变成生产糖分的化学能，并把氧气释放到大气中——这个创新利用的也是叶绿素，叶绿素一触到紫外线，能量转变即发生。
类似的创新还存在于建筑材料世界中。意大利Italcementi集团设计了一种名为“TX活跃”的混凝土，可以自洁，使保养需求降至最低。这一机制利用的是二氧化钛“吃掉”周围烟雾的特点。阳光下，二氧化钛被激活，与建筑物表面接触的污染物就会被氧化。有毒的氮氧化物和硫氧化物被转变为无害的硝酸盐和硫酸盐，然后被雨水冲刷掉。
显然，部分由欧盟寻找“聪明的”的抗污染物研究计划支持的大量实验，已经证明了含有二氧化钛的建筑材料有减少汽车尾气和供暖燃烧排放污染物的作用。几家公司正在开发“吃烟雾”的产品，用于涂料、塑料和地表铺料中。欧洲及日本的一些建筑物和高速公路正在试用这些环保物质。
毫无疑问，这些创新既值得称颂，又非常必需，因为我们已经给环境带来了许多污染。和其他的创意相比，从大自然学来的创意需要更少的人力，并只使用现存的而非新造的材料。温度控制就是其中一个好例子。我们使用石油、电力或者其他化石燃料为我们的家和建筑物在冬天升温，在夏天里降温。但化石燃料既昂贵又对环境有害。太阳能板的发明为我们指明了使用太阳能的正确方向，除此之外，我们还有其他选择。
来看看津巴布韦白蚁运用日常材料的尖端技术吧。它们住在一个高高的干泥垛里，以真菌为主要食物来源。真菌必须保存在华氏87度的条件下，而周围的环境温度变化很大，夜间为华氏35度，白天为华氏104度。为了达到目的，白蚁在白天经常开关一系列干泥垛通风。空气从干泥垛底部吸入，然后从一个通道最底部升到最顶部。整个系统都非常仔细地与空气对流的原理相适应。
工程师模仿这个设计，在津巴布韦哈拉雷建造了两栋建筑，一栋是中等高度的写字楼，另一栋为商场。在没有使用空调或供暖系统的情况下，两栋建筑温度常年宜人。空气持续不断地从外头抽入两栋建筑之间的空间，然后被垂直推上两栋建筑中脊的气道。这么一来，新鲜的空气就可不断代替上升并停留在屋顶排风口处的污浊空气。这个设计只使用传统排风系统能耗的10%，所有者估计，光是空调费用一项，他们就能节省350万美元。租户的租金也比周围的建筑物便宜20%。谁能猜到白蚁会教我们如何建造经济地控制温度的建筑物呢？
仅仅想到白蚁可能就让住宅所有者发晕了，不过我们还有其他一些和虫子没多大关系的经济温控措施。装有土壤或蛭石或两者混合物，并种植地被植物和其他植物的屋顶，使用时间超过传统屋顶一倍，并可减少雨水滴落，提高空气质量，进而节省保温和制冷用的花费。除此之外，这种屋顶还可隔音。机械、交通和飞机产生的噪音可以被吸收、反射或折射。一个有4.7英寸厚基底层的绿色屋顶可以减少40分贝的噪音；7.9英寸厚的可以减少46至50分贝的噪音。世界的人口正变得越来越多，降噪将会成为重要的需求。
几十年来住宅所有者用作隔热板的粉色纤维玻璃，现在有了一个绿色的替代品。这是最绿色的选择了。纽约特洛伊Ecovative设计公司开发的一款绿色产品是由水、蚝蘑纤维、谷壳和再生的纸制成的（这种纸能抵抗温度变化，防水防火）。这个替代品比传统的隔热板要便宜得多，因为谷壳长久以来都被认作是农业垃圾。各种大小隔热板需要的谷壳都能在两个星期之内长成。制作工艺也不复杂，只需要一个足够大、足够黑的生长地。
我们已经看到了，大自然的创意之源有时并不明显，轻易观察不到。还记得我们在“模糊界线”一章中提到的自动调节温度的衣服吗？好吧，自然界的松果已经解决了这个难题。
英国巴斯大学仿生学教授朱利安·文森特发现松果有两层向不同方向转的硬纤维，利用这个设计，松果落地时就能打开并迸出种子。松果离开树后，缺少水分，导致种子迸出。利用这个原理，文森特和他的团队设计了一个“会呼吸”布料来协调内部和外部的温度，这样穿着者便不会再觉得过冷或过热。这种布料里有一层小钉。被穿着者的汗打湿时，它们会立起来，而当汗干了以后，小钉又再平躺回去。小钉下面的一层可用于防雨水。
对于大部分消费者来说，这只是一种方便。但对于军工产业来说，这种能自行调节的“聪明布料”十分有价值，因为穿在身上的衣服越少，越有利于行动，特别是在温差很大的地方。比方说，一个在中东沙漠里的士兵，白天的高温下只需要很少的衣服，但到了晚上，温度剧降的时候就需要很多。
澳大利亚的“组织文化艺术项目”正在开发一种有趣的创意衣服。这种衣服不是严格仿生学意义上的项目，因为这种服装的材料由老鼠和人细胞的混合物生长而来。研究者原本的目的，是生产“无受害者皮革”。如果你们关心老鼠的生命的话，值得欣慰的是大部分的老鼠细胞都是由细胞复制而来，只有小部分来自于老鼠。千百亿个细胞的来源可能都来源于一只老鼠。如果不是这样的话，大概不但会有许多人对此存疑，而且还会有许多人对此反感吧。
另一个自然界出人意料的老师竟然是蚂蚁。美国液化空气公司发现蚂蚁也有一技之长。该公司制造工业和医药用气，大部分是氮气、氧气和氦气，它在美国有一百多个生产点，用列车、运输管道和400架卡车输送到6000个站点。更麻烦的是，这家公司还面对着一个无序的能源市场，电价每15分钟就可能变化一次。
后来，该液化空气公司和一家在人工智能领域有专长的公司合作，开发出了一套电脑系统，利用受阿根廷蚂蚁启发而来的代数寻找好而不贵的运输路线。当蚂蚁搜寻食物时，它们会在回来的道路上留下费洛蒙，让其他蚂蚁去取回更多的食物。每只蚂蚁经过时，费洛蒙的气味便会加重。电脑系统模仿这种做法，发送出几十亿个信息，去寻找“气味”终点的卡车路径。液化公司把这个方法和顾客需求预测、生产成本以及其他人工智能技术结合起来，综合考虑生产点的日程表、卡车路线和其他物流问题。每天早上，公司经理都会收到一份电脑生成的建议，告诉他们怎样运输最省钱。
以上这些例子告诉我们，一个自然界的点子只要能够给我们一些启发，我们是照搬它还是以它为基础作发展都没有关系。西南航空也发展了蚂蚁的点子，开发出一套电脑系统来减少等待在跑道上的飞机。虽然不是真正在跑道上留下费洛蒙，但电脑系统计算过过往数据后，每架飞机都会“记住”自己最快的通道，而“忘记”慢一些的通道。
向大自然母亲学习，需要我们有极强的好奇心和积极观察所见（而非我们以为我们所见）的注意力，就好像我们第一次睁眼看世界那样。这样我们才能后退一步，追问最为基本的原因。问问这样的问题：“为什么它们这样进化？这有什么目的？”或者为一个问题想一个解决之道。
波音公司最近派了几个工程师前往哥斯达黎加去解决减少飞机机舱里噪音的问题。飞机的舱壁嵌有隔绝舱外噪音和低温的玻璃纤维毯，但重量有限制，不能多加。还有一个使问题更复杂的因素是，如果过多地减少噪音，那就意味着客舱里的乘客咳嗽一声，其他人就都能听见了。
所以工程师们问的问题是：哪种动物的生存依赖控制声音或振动？很显然，蝉，切叶蚂蚁和一些管理自身声音的鸟类是有潜力的答案。比如说，切叶蚂蚁会用它的大颚发出高频振动，以硬化树叶。这个方法给波音的工程师打开了新方向。
我和那些工程师一起穿过一片雨林，没花多长时间我们就在蜘蛛身上找到了灵感。在许多树上，蜘蛛坐在阳光穿过的大网上。如果你不怕昆虫的话，你大概会觉得它们看起来还挺漂亮。它们设计的网特别复杂，很显然是为了加强柔韧度和强度，它们在不同的水平面上织网。
要抓住一只飞虫，蜘蛛的网必须吸收动能，以缓冲动作至静止。停止一只飞虫所需要的力量与停止下来所穿过的距离成反比。最终停止距离越长，所需要的力量就越小，对网的冲击力也越小。当然，对于这些工程师来说，有趣的地方是昆虫入网后产生提醒蜘蛛有一顿可口美餐的振动。如果工程师能够找到振动最经常出现的飞机的那个部位，他们说不定就可能改造飞机机构来减少噪音。
这就是仿生学让创意者学习的思维方式。仿生学是一条通往创造力和创意的大道，使用它指的是研究自然界如何达成你想达成的目标。以下是其他让你动动脑筋的几个创意：
潜水艇上升和下降的机制是模仿鱼类的膀胱而成的。当鱼类改变潜水深度时，它的膀胱会充气或排气。
照相机的自然对焦机制来源于人眼功能的原理。
皮下注射针的设计依据是毒蛇通过毒牙输送毒液的方法。
运用仿生学来创新
记住，你并不需要生物学的博士学位来运用仿生学。各种信息，比如因特网上的内容就是很好的入门资料。如果你在为设计两难寻找解决之道，可以遵照下面的问题模板以及之后的仿生学例子：
设计两难：不用空调保持建筑物凉爽（找白蚁建筑之外的方法。记住大自然是很多样化的，通常有许多方法解决同一个问题。）
需要问的问题：
1.和我问题所在地的条件相似的地方有哪些？
答案：很热的沙漠。
2.在那里有什么生物？
答案：仙人掌，及其他。
3.研究那些生物。你发现它们有什么结构特点？
答案：仙人掌一般都很高，有直的“主脉”或者很多尖刺。
4.这些特点怎么帮助它们生存？
答案：直立的主脉避开阳光直射。这种形状沿主脉产生光影交替的区域，这样就可以产生上升和下降气流，提高散热效率。而当太阳升至最高时，阳光打在仙人掌顶端，也就是它表面积最小的地方。
5.从这个设计里你能得到什么启发？
答案：建筑的外层可采用类似的主脉设计。
如果不能立刻找到答案也不要紧张。学习大自然的组成部分，并了解它们的目的何在。答案也许不是立即明了的，或许目前来说根本就没有答案。我们周围的环境，还有许多我们未知的部分，不过工程师、科学家和建筑师每天都在进一步为这个知识领域添砖加瓦。而你也有可能这么做。
