《學蜘蛛人趴趴走――受大自然啟發的仿生科技》導讀
「早知道用功一點，就不會不及格。」「早知道小心一點，就不會出這種事。」人們每天開口閉口說著「早知道」，通常是希望時間能夠倒流，只可惜時間之箭並不會回頭。不過，另外還有一個「早知道」，就是天天在我們身邊、習以為常卻常常受到我們忽視的「自然」。人是習慣的奴隸，習慣每天日月星辰、山水風雲、蟲鳴鳥叫，習慣周遭事物的存在及演化，而我們每天又有很多事要煩要忙，往往無暇注意周遭隨時給我們很多暗示的自然。其實自然時時刻刻展現她豐富的演化成果，直到我們突然間驚鴻一瞥、靈光一閃，才終於注意到這大太陽底下存在許久的新鮮事。
《學蜘蛛人趴趴走》先是向我們介紹許多令人目瞪口呆的生物巨觀特質，如壁虎的黏著力、貽貝在水中的強大黏著力、蓮花的自我清潔能力、藍摩爾佛蝶的光學幻術、蜘蛛網堅韌的彈性、奈米等級的自組裝技術、昆蟲的飛行能力、花朵樹葉的摺疊展開機制及仿生建築等，接著進入微觀結構的觀察研究過程，向我們說明這些特異功能背後的機制，也說明這些機制發展成產品所面臨的重重挑戰，並期待引發更多人產生天馬行空的創意、找到更好的材料，使產品能夠有所突破、造福人類。《學蜘蛛人趴趴走》每一章都有著很美的標題以及貼切的詩詞為伴，歌頌著「仿生學」這連接自然設計與人造技術的橋樑。
仿生學可以粗略定義為：從自然界合法「剽竊」設計及想法，應用來改善人類的技術。自然界演化的速度很緩慢，偶爾還會發生突變，悠閒地隨著時間長河慢慢前進；不過，若將這一大段演化時間視為一年，那麼自有人類出現到現在，只過了不到一分鐘，人類的技術發展確實需要好好學習大自然；而理論上，自然的設計若經過人類技術改變，必將產生不少趣味。
事實上，仿生學並不是指人類技術全然抄襲大自然，因為生物體內的環境不見得適合人造技術的應用，不過若能對生物體的功能與作用機制進行深入的基礎研究，必定有助於找出人類某種技術的解決之道，因此生物學家在這個過程中不可或缺。大自然一直在解決各種不同的問題，讓生物不需依賴很多資源，即可達到夠大的競爭力而，因此生物運用各種資源都能非常知足且不浪費，其中諸多奧祕非常值得人類技術好好學習。
舉一個例子，來看看自然設計跟人造技術存在著多大差異。以能承受負載的樹木跟鋼鐵作比較，樹木（自然的設計）是溼的，具有撓性，而鋼鐵（人造技術）是乾的、堅硬的；人造材料多是高溫製作並具有均質性（指材料的特性在任何位置都相同）及等向性（材料的特性在任何方向都相同），而樹木則是在常溫下成長，具有橫向的層狀構造及縱向的纖維組織（即異向性），且具有依成長過程（如受到風吹雨打等外力作用）記錄下來的非均質特性（以年輪呈現）；人造技術是有稜有角的，且以直角居多，但樹枝的分叉則有某些程度的曲率，以降低應力太過集中可能造成的傷害；人造材料需有技術介入才能生產產品，而自然設計則多半本身就有生產製造的能力，「人為煉鋼」跟「樹木自動成長」是非常鮮明的對比；人造技術大多具有單一功能的限制，自然設計則常有多功能的目標，如鋼鐵多半只作為結構用，而樹木除了支撐本體所受的外力，還可負擔水分、養分的傳輸等成長功能；人造設計出了問題（如鋼鐵鏽蝕）就需要修理及替換，而自然設計往往可以自我治療復原，例如天然橡膠必須劃破橡膠樹皮取膠，但樹皮會自行癒合。
2004年7月，我前往英國威爾斯的史溫西大學（Swansea University）擔任訪問學者，期間曾拜訪《學蜘蛛人趴趴走》第五章提到的英國第一位仿生學教授朱利安．文森（Julian Vincent）。朱利安是位生物學家，在巴斯大學機械系擔任教授，對於研究充滿熱誠，我與他約見面的時間不巧是巴斯的假日，但他還是開車前來火車站，接我到他的仿生及自然技術研究中心，不但為我做詳盡的介紹，還在停車場地上就蛞蝓爬行留下的痕跡，與我討論腹足的運動以及潤滑劑的分泌等問題。他對我說，他不懂力學也不懂數學，但是他有能力向自然「剽竊」其設計理念，開發新創意，用於機械設計方面。
2005年7月，我邀請朱利安來台短期訪問，在高雄應用科技大學的「創意／奈米／仿生」研討會上發表演講，吸引了來自各個領域的研究學者擠滿機械系的演講廳。後來朱利安應邀參觀國立科學工藝博物館，之後他花了5分鐘向我描述人為何會口渴，並解釋啤酒中的化學物質可以解決口渴的感覺，意思是提醒我，他需要啤酒解渴！隨後，我又於2006年6月前往巴斯大學機械系擔任仿生學訪問教授，在朱利安的研究中心跟他和年輕的博士生在一起3個多月，每天在校園內湖邊的午餐及下午茶的討論是最快活的時間，也讓我深深了解到，「仿生」不是一味的模仿，而是要對自然有深入的理解，並發揮天馬行空的創意，才能實現「產品化」的目標。
舉該中心的例子來說，沙漠中的蟑螂是開發低耗能除溼機的學習對象；松果對溼度的敏感，促成該中心在日本愛知博覽會提出可感應流汗程度而適度通風的「聰明衣」；啄木鳥用力啄木頭不會腦震盪，造就了電動鐵鎚的設計。回台前，朱利安為我準備歡迎派對，並邀請我在他家住了2個晚上、深入交談，都是我快樂的回憶。
仿生學是跨領域的科學，當跟不同領域的專家在一起，彼此傾聽對方的研究，交換著彼此對另一領域不成熟的想法，往往是擦出火花的時刻。我也將自2007年8月1日起，從現在的學校轉任到成功大學奈米科技暨微系統工程研究所，奈米科技同樣深具跨領域的特性，而]「仿生」與「奈米」的結合，更是很「自然」且本來就存在大太陽底下許久的新鮮事。
我讀完《學蜘蛛人趴趴走》原文，愛不釋手，認定此書對於許多研究學者必定是很好的仿生學入門書，也是通識課程「跨領域」的最佳範例。在成功大學微奈米中心經費支援下，幾位好友曾著手進行翻譯，從科學普及的角度來看，也很高興看到此書在市面上流通，因此樂於推薦。讀者若對於相關領域有興趣，亦可參考國科會的科普入口網站「科技大觀園」，收錄著我與學生的「奈米仿生科普化教材」提供延伸閱讀。
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《學蜘蛛人趴趴走――受大自然啟發的仿生科技》
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◎本文為《學蜘蛛人趴趴走――受大自然啟發的仿生科技》導讀。
◎本文與農委會林務局合作刊登。
◎十一月生物多樣性專欄探討科技與生物多樣性經營之應用，相關文章請點此。
