从小我们就听说过“仿生学”,就是借鉴动植物来研发新科技。比如说,蜂窝煤、蛤蟆镜、蝙蝠侠……好吧,正经例子还是不少的,比如模仿苍耳的尼龙搭扣、模仿荷叶的自洁材料等等。而在光学领域,虽然爱迪生的电灯早就超越了萤火虫、鮟鱇鱼发的那点光,但人类在这方面还是有要向动物学习的地方,比如和大家生活密切相关的就是猫眼和蝴蝶翅膀。
每一片反光条都是一只猫眼。各位猫奴可能对这个场景十分熟悉:昏暗的黑夜中,两点黄绿色的亮光一闪一闪,那是你家猫在窥视着你,仿佛在说“黑夜是我的地盘,你滚回去睡觉!”如果你用灯光扫过它的脸,猫眼的亮度也陡然暴增,就像是点起了两盏小灯泡。所以这就让猫眼很神秘,仿佛背后有着未知的神秘力量。
其实,猫的眼睛并不会“发光”,而是它的眼底有一层能反光的膜状结构,叫做“照膜”。照膜就像镜子一样,可以把透过视网膜的部分光线,再重新反射回视网膜上,使感光细胞二次接受刺激,提高了对光线的利用率。再加上猫科动物的眼睛,是以擅长感受弱光的“杆状细胞”为主,因此它们在夜晚只需要一点微光,就能把周围看得一清二楚。
相比之下,我们人类的眼睛既没有照膜,又是以感受强光的“锥状细胞”为主,因此在黑夜中看不清东西,就算有双黑色的眼睛也得寻找光明才行。于是不论杀人越货,还是交通事故,在夜间发生的几率都大大高于白天。
早期的反光膜,由美国3M公司依照猫眼照膜的原理开发于20世纪50年代。在塑胶膜上镀一层铝,再粘上玻璃微珠,反射光线能力很强。只要汽车车灯一照到反光膜上,司机就能清楚地看见反光,从而避免了许多交通事故。后来的反光膜改用塑料、玻璃微棱晶和树脂等材料制作,反光性和耐久性进一步增强,但原理依然还是猫眼照膜。
蝴蝶的彩色翅膀帮助我们刷手机。毛毛虫变蝴蝶,是昆虫界最励志的故事之一,两双艳丽闪亮的翅膀让它们脱胎换骨。与苍蝇、蚊子、蜜蜂不同,蝴蝶的翅膀上覆有好几层微小的鳞片,这是蝴蝶翅膀的颜色来源。
蝴蝶翅膀上的“细粉”,赋予了它们缤纷的色彩和光影效果。然而20世纪90年代,科学家发现,相当一部分蝴蝶的鳞片其实并没有色素,而是无色透明的,靠光学现象——鳞片复杂的表面结构,能让某种特定波长的光线透过,或是通过折射、衍射光线,从而呈现出各种色彩。这种颜色称为物理色或结构色,而类似蝴蝶鳞片的这种结构则称为“光子晶体”。电脑光盘的背面在阳光下、灯光下显出五颜六色,也是类似原理。
在蝴蝶翅膀鳞片的启发下,3M公司的科研人员发明了由光子晶体制成的多层光学膜,可以高效反射光线、提高背景亮度。把这种膜整合进液晶屏幕之后,整个屏幕亮度增加了一倍多!而且亮度、色彩还可以调节。从此之后,增亮膜就成了液晶屏幕的好基友,电脑显示器、电视,以及如今低头族们一时也离不开的手机,都用着配有增亮膜的液晶屏幕。
我们熟悉的3M公司产品,可能是防尘口罩和便利贴纸,但实际上3M开发了近七万种产品,很多都是采用了仿生技术。从家庭用品到医疗产品,从运输、建筑到商业、教育和电子、通信等各个领域。
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