理大仿生科研「道法自然」 從水滴荷葉破解可持續工程難題
SingTao · 1 SOURCESabout 1 hour ago2 MIN
Summary
《道德經》有云「道法自然」，意指人類應順應萬物自然的規律，與天地和諧共生。香港理工大學機械工程學系仿生工程講座教授王鑽開帶領研究團隊，秉持此科研理念，以自然啟發創新，研發各種綠色、高效、低耗的可持續工程技術。研究團隊深入剖析荷葉表面的微觀結構及水滴流動規律，並拆解「萊頓弗羅斯特效應」背後的物理機制，成功研發出具極佳疏水性的仿生材料，可防止飛機機翼及引擎結冰，更能在攝氏過千度的極端高溫下實現快速冷卻。此外，團隊利用水滴與表面互動產生電荷累積及釋放的機制，配合類晶體管結構放大發電效果，研發出強化版水滴發電機，並成功複製真菌滲透吸水蓄能及自行彈射孢子的現象，發明具自主噴射機制的特殊表面，可用於分散式能源收集系統 。
Key Points
- 自然界演變數十億年，能留存至今的生物結構與生態機制，均是經過長時間演化篩選的最優方案，順應物理規律之餘，更實現節能、高效、節省資源的特質 。
- 荷葉表面布滿納米級微小柱子，可改變液體的附着行為，令水珠能夠來回滾動，引發自我清潔的排污效應——此「荷花效應」已被應用於研發防止金屬表面結冰的材料 。
- 萊頓弗羅斯特效應令水滴接觸高溫表面時底部瞬間氣化，形成蒸汽膜令水滴懸浮跳動，難以實現快速冷卻；研究團隊設計具「排氣通道」及「錨定結構」的新材料，成功抑制此效應 。
- 團隊利用水滴與表面互動所產生的電荷累積及釋放機制，配合類晶體管結構放大發電效果，研發出強化版水滴發電機 。
- 研究團隊成功複製真菌以滲透吸水迅速蓄能、膨脹後自行彈射孢子的現象，發明具自主噴射機制的特殊表面，可用於能量收集 。
Why It Matters
仿生科研的精髓在於承認並學習大自然的智慧：以最少能耗、最低資源消耗，達到穩定而可持續的性能。從荷葉露珠的滾動啟發自潔與減污，到以仿生表面設計促使人們重新思考水、氣、熱如何在界面更有效互動；再把雨滴微能量轉化為可用電能，並從真菌機制延伸到分散式能源系統——這些研究成果能提煉出可驗證的理論框架，將「靈感」化為「方法」，在安全、能源與環境等議題上帶來更長遠的影響，真正開物成務，以知識推動人類福祉 。
仿生科研的精髓在於承認並學習大自然的智慧：以最少能耗、最低資源消耗，達到穩定而可持續的性能。從荷葉露珠的滾動啟發自潔與減污，到以仿生表面設計促使人們重新思考水、氣、熱如何在界面更有效互動；再把雨滴微能量轉化為可用電能，並從真菌機制延伸到分散式能源系統——這些研究成果能提煉出可驗證的理論框架，將「靈感」化為「方法」，在安全、能源與環境等議題上帶來更長遠的影響，真正開物成務，以知識推動人類福祉 。