鞘翅：大自然将如何塑造我们的未来

今年夏天我整个六月都在欧洲旅行。这次经历确实是一次旋风般的冒险，改变了我对人类状况几乎各个方面的看法。在每个城市，从都柏林到奥斯陆，从德累斯顿到巴黎，每个城市所提供的历史奇观不断地让我震惊，但我没想到的是看到了城市生活的未来。

大热天参观维多利亚和阿尔伯特博物馆（俗称V&A博物馆）时，我恋恋不舍地走进了露天展馆。在那里，我惊讶地看到了名为 ELYTRA 的展览，与 V&A 内的历史和人类学展览形成鲜明对比。 ELYTRA 是一项高效、可持续的工程创新，可能会塑造我们公共休闲空间和建筑的未来。

什么是鞘翅？

这个名为 ELYTRA 的结构是一个参观机器人展览，由建筑师 Achim Menges 和 Moritz Dobelmann 与结构工程师 Jan Knippers 以及气候工程师 Thomas Auer 合作开发。 跨学科展览展示了受自然启发的设计对技术、工程和建筑的未来影响 （维多利亚和阿尔伯特）。

展览包括一个停用的机器人，它坐在它建造的复杂编织结构的中心下方。展览中的六角形部件重量轻，但坚固耐用。

仿生学：你需要知道什么

每块 ELYTRA 的六边形结构都是通过仿生工程或仿生学开发和完善的。仿生学是一个由受生物学启发的设计和源自自然的适应所定义的领域。

仿生学的历史悠久。早在公元1000年，古代中国人就尝试以蜘蛛丝为灵感开发合成织物。列奥纳多·达·芬奇在设计他著名的飞行器蓝图时，从鸟类身上汲取了灵感。

如今，工程师们继续探索自然以创造新技术。壁虎的粘脚趾激发了机器人爬楼梯和墙壁的能力。鲨鱼皮为运动员设计了符合空气动力学原理的低阻力泳衣。

仿生学确实是 跨学科且令人着迷的科学技术领域 （布山）。这 仿生研究所 探索这个领域并提供参与的方法。

鞘翅的灵感

ELYTRA 的灵感来自于甲虫坚硬的背部。甲虫的鞘翅保护昆虫脆弱的翅膀和脆弱的身体（生活百科全书）。这些坚硬的防护罩让工程师、物理学家和生物学家都感到困惑。

这些鞘翅如何足够坚固，让甲虫能够在地面上快速移动而不损坏其设备，同时又足够轻以维持飞行？答案在于这种材料的结构设计。鞘翅表面的横截面显示，外壳由连接外表面和内表面的小纤维束组成，而开放的空腔减少了整体重量。

南京航空航天大学仿生结构与表面工程研究所的郭策教授发表了一篇论文，详细介绍了一种基于鞘翅自然现象的结构的开发。鞘翅样本和所提出的材料结构之间的相似之处是惊人的。

仿生学的好处

鞘翅拥有“优异的机械性能...如高强度和韧性事实上，这种抗损伤能力也使得 ELYTRA 等仿生设计如此可持续——无论是对我们的环境还是经济而言。

例如，民用飞机只要减轻一磅重量，就能通过减少燃油消耗来减少二氧化碳排放。去除同样一磅的材料将使该飞机的成本降低 2 美元。当将这种减重生物材料应用于空间站时，一磅可节省超过 300 万美元。

当诸如以下创新时，科学可以取得巨大进步 郭氏生物材料 可用于更有效地分配资金（Guo 等人）。事实上，仿生学的一个标志是它对可持续性的努力。该领域的目标包括“自下而上构建、自组装、优化而不是最大化、使用免费能源、异花授粉、拥抱多样性、适应和发展、使用对生命友好的材料和工艺、参与共生关系，并增强生物圈。”

关注大自然如何制造其材料可以让技术与我们的地球更自然地共存，并引起人们对“非自然”技术对我们的世界造成了多少破坏的关注（克劳福德).

除了 ELYTRA 的效率和可持续性之外，该展览还因其进化能力而展示了建筑和公共休闲空间未来的巨大潜力。该结构被称为“响应式避难所”，其中交织着许多传感器。

ELYTRA 包含两种不同类型的传感器，使其能够收集周围世界的数据。第一类是热像仪。这些传感器匿名检测人们在树荫下的移动和活动。

第二种类型的传感器是贯穿整个展览的光纤。这些纤维收集有关结构周围环境的信息，并监测展览下方的微气候。探索展览数据图 此处.

这种结构令人难以置信的现实是，“在 V&A 工程季节期间，顶篷会根据收集到的数据而生长并改变其配置。游客如何抑制展馆最终将 告知树冠如何生长以及新组件的形状 （维多利亚和阿尔伯特）。”

站在维多利亚和阿尔伯特博物馆的展馆内，很明显该结构将沿着小池塘的曲线扩展。让人们使用该空间来决定其建筑的简单逻辑是极其深刻的。