Biomimicry: What Nature Can Teach us about Engineering and Design
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当马尔科姆·格拉德威尔向NPR的《贯穿线》播客颁发皮博迪奖时，他称赞该播客具有历史和道德上的清晰性。

在《贯穿线》中，我们将带您回到新闻事件起源的时光，例如总统权力、衰老和福音派。每周在NPR的《贯穿线》播客中与我们一起进行时间旅行。这是《脉搏》，关于健康和科学核心人物和地点的故事。我是梅肯·斯科特。♪

如果生物学家艾丽莎·斯塔克可以选择一种动物超能力，她可能会借鉴壁虎的一些能力。它们可以向上和向下奔跑。它们可以侧着跑。它们几乎可以粘在任何表面上。它们有一个粘合系统，可以在各种表面和各种情况下反复使用。而且它不需要胶水，所以它们可以……

艾丽莎正在试图弄清楚壁虎是如何做到这一点的。

她带我参观了她位于费城附近的维拉诺瓦大学的实验室。她有两个恒温室，里面住着壁虎。它们喜欢温暖潮湿的环境。在一个房间里，她养着托凯壁虎。它们大约有我的手那么大，呈土褐色。♪

那么我们这里都有谁呢？这是Toke 113，它正在蜕皮。所以你可以看到它还剩下一点。艾丽莎研究壁虎在不同情况下的速度和粘性，以测量它们的粘附程度。她拿出一个让我们近距离观察。脚趾底部有这些线条。你看到那些线条了吗？

波浪起伏的。是的。脚趾对于你认为的蜥蜴脚趾来说有点胖。这是因为壁虎虽然是蜥蜴，但它们已经进化出了扁平的脚趾垫。而每一条线实际上都充满了无数微小的、类似头发的微观结构。

这就是它们粘附的方式。我研究的其他生物使用各种类型的胶水，但壁虎不用。它们有一个干性粘合系统，因此通过在脚上长出这么多毛发，它们可以增加与表面的接触面积。而这个基本的乘法原理使它们能够非常牢固地粘住。

艾丽莎正试图理解和复制这个复杂的粘合系统，为人类创造新的应用。可能不是壁虎手套或套装，让我们能够爬上墙壁，但在医疗保健方面可能会有创新用途。对医用粘合剂的需求很大，因为壁虎的脚和那些粘合垫很柔软，而且不需要胶水，所以你不会……

实际上粘住皮肤，这可能是脆弱的，比如如果你正在照顾婴儿或老年人，你就有这种柔软而牢固且易于剥离的粘合剂。因此，一种可以做到这一点，并且可以反复做到这一点的胶带。所以你不必不断更换医用胶带。你可以把它剥下来，做你需要做的事情，然后把它剥回来。是的。我想它也可以应对人体温度、汗水的变化，因为我的意思是，如果你曾经

有一个监视器粘在你身上，它们总是会掉下来。是的，没错。现在最大的挑战是如何处理两件事，水和油？通常情况下，我们可以用粘合剂处理其中一种，但同时处理两者非常具有挑战性。♪

艾丽莎是生物模拟这一蓬勃发展的领域的一部分。其理念是关注自然界中看似无穷无尽的杰出设计和工程实例，了解这些系统的工作原理，并尝试复制它们。这既困难又令人谦卑。

我们仍然没有这种神奇的壁虎胶带，可以做到壁虎所能做的一切。我认为这真的是因为我们仍在努力弄清楚自然系统是如何工作的。在本集中，我们将探讨自然界最巧妙的设计、它们的工作原理以及我们如何学习将它们应用于我们自己的挑战。♪

首先，让我们听听20世纪90年代后期创造了“生物模拟”一词的科学作家珍妮·贝纽斯怎么说。从她记事起，她就对自然界着迷。早期，她探索了动植物如何适应其栖息地，同时创造对它们和周围环境都有益的系统。有一天，我突然想到，

有人试图从自然界学习，而不仅仅是了解自然界吗？她想知道，我们能否借鉴自然界的策略来解决重大问题，例如全球变暖或大气中二氧化碳浓度上升的问题？因为在我看来，可持续的世界已经被发明出来了。而且从字面上看，这些适应性措施已经存在了38亿年。

而且它们一直在进化，并且每年都在变得越来越好。我们为什么不模仿呢？我认为存在一个领域，我意识到实际上并没有一个单一的领域。在不同领域都有一些努力。人们正在模仿草原和农业，但他们称之为自然系统农业。

在材料科学中，他们称之为仿生学。在健康领域，他们称之为动物药理学。哦，这很吸引人。是的，它朗朗上口，对吧？而且它没有一个总称。这让我很震惊。

珍妮汇编了大量的研究，她开始撰写一本关于从自然界学习的书籍。她觉得这应该成为一个研究领域，但它需要一个名字。你是如何想出这个词的呢？嗯，你知道，这很有趣。“生物模拟”这个词，你知道，应用于模仿蝴蝶，例如，模仿有毒蝴蝶，对吧？我以前知道这个词。

但我需要一个术语来描述在设计环境中模仿自然。所以我直接去我桌上的韦氏词典查，“生物”的意思是生命，“模拟”的意思是模仿，但这似乎太冗长了。

我实际上给收集研究资料的文件夹命名为“生物模拟”。当我准备出版这本书时，我想把它命名为《回响自然》。我的编辑说，绝对不行。我们要在这里命名一个领域。所以我们把它命名为“生物模拟”。

珍妮于1997年出版了这本书，书名是《生物模拟：受自然启发的创新》。该书发行后不久，她与人共同创立了一家名为Biomimicry 3.8的咨询公司。

多年来，你对自然以及你对自然运作方式的观察提出了一些原则。例如，自然依靠阳光运行。自然只使用它所需的能量。自然使形式适应功能。你将哪些其他原则纳入这些句子中，为什么它们如此重要？嗯，现在真正重要的一点是

自然利用了限制的力量。这是一个有趣的概念，因为我们并不真正喜欢限制或受到限制。然而，在自然界中，生物生活在一个具有特定参数的栖息地中，例如，它变得多热或多冷，有多少猎物，以及与哪些其他生物存在互惠关系，以及

有什么食物可用。而生命往往会在这些限制内进化和适应，就像在这些限制内跳舞一样，并且变得越来越好，几乎就像一个创造性的框架，这些限制变成了。所以它们并不是真的负面的。事实上，如果你是你栖息地的居民，那是因为你已经找到了如何

充分利用机会并尊重限制。我认为，随着我们的进化，随着我们作为一个物种的成熟，我们有望学会尊重这些限制，尊重地球的限制，然后开始根据这些限制进行创新，而不是总是试图突破它们。

在她的工作中，她发现生物模拟有三个层次。一个是仅仅模仿形式，你知道，某事物的形状。这可能非常有效，例如座头鲸的鳍的形状在其上具有令人惊叹的凸起，这有助于将其阻力降低32%。因此，将其安装在风力涡轮机上非常有效。这就是形式。

然后是模仿过程。这就是你深入研究的地方。更深层次的形式将是模仿过程，这实际上是模仿化学物质。例如，了解允许壁虎粘在任何表面上的过程，并尝试复制它们。

生物模拟的第三个层次是模仿整个生态系统的能力。我们将如何做到这一点？所以我们说，如果我们去我们能找到的最健康的地方，然后测量所有正在产生的生态礼物，

然后我们回去说，每英亩土地，你应该储存这么多水，并清洁这么多水。这些生态系统这样做是为了模仿这些生态系统，像一个系统一样运行，这是生物模拟最深层次的。珍妮说，美国海岸警卫队在华盛顿特区的总部就是一个很好的例子，它代表了第三个层次。它是一系列相互连接的建筑物，带有露台和草坪屋顶。从上面看，它看起来像是用绿色乐高积木制成的。

下雨时，水从一栋建筑流到另一栋建筑。然后是瀑布流向下一个绿色屋顶，再流向下一个绿色屋顶，再流向下一个绿色屋顶。它排入一个大湖，原本打算作为停车场。现在，我们模仿了……

一个流域中的一系列海狸池塘，以及如何在流域的顶部，水可能会被污染，但到最后，它绝对干净。因此，这座建筑实际上正在净化从上面流入的水。停车场现在在地下。整座建筑现在都在进行净化。

就像健康的湿地一样。海岸警卫队的座右铭是保护我们的水域，而这就是他们正在做的事情，对吧？如果我们对自己的设计提出比过去更多的要求，那么这是可以做到的。现在，一旦你理解了这个概念，一旦你研究了生物模拟，这一切就都变得很自然了，对吧？

而且似乎人类也必须做了数百万年，直到我们不知何故偏离了它。那么，我们看到哪些迹象表明人类随着时间的推移从自然界学习并模仿自然界呢？哦，绝对的。我的意思是，我认为你也会看到土著文化并没有远离寻求自然界的指导或灵感。你知道，当你长大后，

并且世世代代生活在一个流域中，你学会了如何寻找幸存者和在这个地方表现优异的生物。你羡慕它们，钦佩它们，并且想变得更像它们。你知道，所以如果你想想雪鞋，它们有一个非常特殊的形状，让你能够漂浮在周围。

在雪地上，这些原始的雪鞋非常像雪兔，凿子非常像海狸的牙齿。所以我想，我不认为这是新的。我认为当我们非常着迷于我们自己的技术才能时，我们已经远离了它，当我们开始看到意想不到的后果时。

我们的工业革命就是当我们开始寻找不同的方式时，我们如何才能以不同的方式为自身提供动力，以不同的方式建造，以不同的方式制造，以不同的方式种植食物，以更循环和相互关联的方式开展业务。当我们开始提出这些问题时，

自然而然地会去寻找一个已经做过并且正在做的事情的系统。这就是我们所嵌入的系统。我有点认为自己是在指出这一点的显而易见的事情的女王。但奇怪的是……

你知道，我们已经将这艘巨轮从地球的智慧中带走了很长很长时间，而我们现在正在转身回来。珍妮说，生物模拟产品可以为长期使用相同工艺的行业带来创新。例如，我们已经使用了数千年的油漆、颜料和染料。而我们现在使用它们的方式是合成的，而且非常有毒。

而且它们可能是。因此，有一种完全不同的处理颜色或创造颜色（我应该说）的方法。在自然界中，最鲜艳的事物，如蝴蝶和蜂鸟的脖子，被称为结构色。就像孔雀是一种完全棕色的鸟，但由于其羽毛的特殊分层和结构会以某种方式折射光线、反射光线到你的眼睛，它会产生颜色。

通过结构。所以现在有一些公司，有一家叫做Impossible Material的公司正在制造白色。它研究了一种亚洲甲虫，这种甲虫是极亮的白色，它的壳中实际上是纤维，可以完全散射光线。因此，它正在利用这个概念来制造白色纤维素

而不是用颜料制成的纤维素。因此，白色这种颜色过去需要开采二氧化钛才能获得，现在通过结构就可以创造出白色。所以孔雀没有蓝色的羽毛？没有颜色。等等。它有黑色素，它用于结构，而且它也是棕色的，所以它使颜色更加鲜艳。这也很酷，因为

羽毛是由角蛋白制成的。它与你的头发、皮肤和指甲中的角蛋白相同。它是一种蛋白质。但它堆叠的方式，它设计的方式会反射黄色，放大黄色，你知道，黄色的。

光线进来，穿过各层，然后被放大或折射回你，呈现出黄色。几毫米之外，它是蓝色。你知道，它不是颜料，所以它不会褪色，而且比颜料亮四倍。

是的。但是，好吧，我还是卡在孔雀上了。好的。对不起。所以如果我把孔雀放在黑暗的地方，它就不再是蓝色和绿色了吗？正确。它需要光线。这实际上是光的把戏。就像，你知道，当你用水和油时，你会看到彩虹般的颜色，这些颜色实际上并不存在。这是水和油分层相互作用的方式，以

在某些区域反弹出更明亮的颜色。你曾经说过，火的发现被高估了。你这是什么意思？嗯，具体来说，我们是如何转向

在我们的制造过程中使用火和高温以及高燃烧。当然，在我们现在为自身提供动力的方式中也是如此，对吧？这是化石燃料的燃烧。在每个制造工厂中，你都戴着安全帽、护耳器、护目镜和温度敏感手套，因为……

我们制造大多数东西的配方被称为“热击打处理”，这是材料科学家所说的。例如，你将化学制剂加热到非常高的温度和高压下，并使用有毒化学物质来制造或破坏这些键。所以这种火山模拟……

它不仅能源密集型，而且对生命不友好。而且它也不是我们在自然界的其他地方看到的制造方式，你知道，我认为这些生物是完美的化学家。

你走进森林，它就是一个制造工厂。就像，你无法相信，你知道，奇迹材料每秒钟都在制造。自然界可以制造像珊瑚或贝壳这样的硬质材料，而无需加热或用火，很多时候使用周围的成分，如溶解的CO2和钙。

看似毫不费力地发生的这些过程，但对我们来说很难模仿。你知道，挑战在于你的化学必须更优雅。我的意思是，我的朋友约翰·华纳，他是一位绿色化学家，他称之为让分子做它们真正想做的事情。

所以在自然界中发生的是大量的自组装。你知道，我想象一下，你知道，把积木扔到地板上，它们有正电荷和负电荷，所以它们会自动以磁性的方式聚集在一起，对吧？这就是自组装。而我们倾向于做的是加热它们并给予它们大量的强制它们进入溶液，对吧？所以挑战在于找到分子，对吧？

它们会自然地聚集在一起，并为它们提供它们想要自然聚集在一起的条件。这是一种不同于强迫它们的化学方法。随着我们星球上的人口越来越多，我们必须开始以一种能够滋养反过来支持我们的系统的方式生活。为了使自己进入这个新的范式，

最好是研究健康的地方，并尝试模仿这里发生的事情。那是科学作家珍妮·贝纽斯。她是几本书的作者，包括《生物模拟：受自然启发的创新》。她也是生物模拟研究所的联合创始人。猜猜世界上第二常用的物质是什么，仅次于水？是混凝土。它是全世界最常见的建筑材料。

混凝土是由水泥制成的，水泥是通过加热和研磨石灰石和其他材料制成的，这个过程需要大量的能量。水泥的生产占全球碳排放量的8%。一家名为Biomason的北卡罗来纳州公司正在尝试通过复制珊瑚形成其结构的方式来制造无需加热的水泥。

格兰特·希尔有更多信息。混凝土似乎是我们现代存在的基础。想想那些高耸于城市之上的广阔的灰色建筑、高速公路匝道、桥梁和停车场。

它已经存在很长时间了。你可以在古希腊宫殿的地板和玛雅遗址的墙壁上找到早期版本。这有充分的理由。混凝土坚固耐用，而且灵活。它可以承受温度变化和水分，并且可以浇铸成任何形状，因为它在用水与水泥混合时最初是一种浓稠的灰色浆液。在

在水泥的原材料中，你拥有通常在自然界中以岩石形式存在的不同元素，其中包括钙、氧化铝、

铁和二氧化硅。那是卡米洛·雷斯特雷波。他是Biomason的首席执行官。他说，岩石被研磨成细粉，然后加热到高温以强制发生化学反应，将碳酸钙转化为氧化钙或生石灰，以便粉末随后与水结合并硬化。

要使这种反应发生需要大量的能量。反应本身会释放CO2。这是一种令人惊叹的材料，但必须有更好的方法，对吧？社会必须有一种更好的方法来获得我们目前拥有的相同的生活质量，而不会以我们目前正在做的那种方式影响环境。

Biomason的方法借鉴了珊瑚，珊瑚将海水中的溶解CO2转化为碳酸钙，并使用这种粉状物质来建造它们的骨骼。在许多许多数百年或数百万年中，相同的珊瑚结构变成了石灰石。

而不是使用珊瑚的最终产品，将其研磨、加热并强制使其发生化学反应以制造释放CO2的氧化钙。在我们的例子中，我们几乎做的是相反的事情。Biomason的首席科学官阿里斯托斯·阿里斯图杜如是说。

它们的水泥基于碳酸钙，这同样是二氧化碳与钙的混合物，这是珊瑚、海胆或贝壳制造这些硬质材料的关键组成部分。因此，我们实际上捕获了CO2并将其沉积在混凝土中，混凝土可以持续数百年甚至数千年。这是一种理想的碳捕获和储存方式，同时还能生产出有价值的东西

它们的过程也降低了能源需求，因为它不需要高温来启动化学反应。相反，他们使用细菌。

来完成这项工作。- 因此，细菌是一种从自然界中分离出来的专有生物体。这几乎是我能告诉你的全部。我的意思是，Biomason已经花了数年时间来收集可能含有细菌兴趣的环境样本。这取决于它们生长得有多好，

因为我们显然需要种植它们并大规模生产它们。你如何保存它们，因为我们需要种植它们、保存它们并能够将它们运输到我们的制造工厂并在我们的过程中直接使用它们。它们的生物水泥变成了可以承受与传统混凝土相同压力的生物混凝土。

一种耐用且灵活的材料。卡米洛向我展示了该公司目前市场上提供的产品，大约枕头大小的长方形瓷砖。这是一块生物混凝土瓷砖，生物水泥瓷砖，可以安装在地板上。对于在家收听的听众，你知道，通常我会尝试描述事物的外观，因为我们在广播中。它看起来像混凝土地板瓷砖。

没有什么真正不同的地方。你永远不会知道。所以表达相同的意思，这很完美。这始终是我的期望，对吧？我们最近在伦敦塔桥法院展示了160平方米的瓷砖安装工程。这是一个建筑物的翻新工程。这些瓷砖是在气候周期间安装在一个电梯大厅里的。

理想情况下，它们的产品外观、感觉和作用与我们现在拥有的材料完全相同。

但生产起来更加可持续。它是水泥和混凝土的天然替代品。

这个故事是由格兰特·希尔报道的。我们正在讨论生物模拟，即模仿自然界一些最巧妙的设计理念的追求。接下来，鱿鱼能教会我们关于基因疗法的一两件事吗？所以我们正在努力了解头足类动物正在使用的技巧，以便我们可以将其应用于人体系统。接下来是《脉搏》。

此消息来自Stamps.com。工作占据了你一天的大部分时间，但你仍然应该有灵活性来决定如何投资你的时间。如果你的时间被繁琐的邮件和运输任务所占据，Stamps.com 让你能够灵活地专注于只有你才能做的事情。访问Stamps.com，并使用代码NPR获取特别优惠。

我是塔尼娅·莫斯利，《新鲜空气》节目的联合主持人。在一个充满简短新闻和注意力不集中的时代，我们的节目完全是深入探讨。我们对电影、书籍、电视、音乐和新闻业领域最优秀人物背后的那些人进行长时间的采访。在这里，我们的嘉宾以你从未听过的方式敞开心扉，讲述他们的过程和生活。收听来自NPR和WHYY的《新鲜空气》播客。

许多简短的每日新闻播客只关注一个故事。但现在，你可能需要更多。在NPR的《Up First》中，我们每天都会在不到15分钟的时间内向你介绍世界三大头条新闻。因为没有一个故事能够捕捉到在任何给定早晨这个巨大而疯狂的世界中发生的一切。现在收听来自NPR的《Up First》播客。

这是《脉搏》。我是梅肯·斯科特。我们正在讨论生物模拟，即关注自然界，研究和学习我们周围发生的一些最令人惊叹的过程的理念。

鱿鱼是很神奇的生物。当它们受到威胁时，它们可以释放墨水。它们是快速游泳者。它们可以改变颜色以适应周围环境。但它们还有其他一些非常令人印象深刻的事情。它们可以以高速度操纵和编辑自己的遗传物质。科学家们正在研究鱿鱼，看看它们是否可以为研究人员指出治疗人类疾病的新治疗方案。凯伦·布朗报道。

马萨诸塞州伍兹霍尔，科德角西南角，这是一个美好的早晨。我来这里是为了见见乔希·罗森塔尔，他是海洋生物实验室的一名科学家，该实验室位于一个活跃的码头上方。这是Gemma。这是一艘50英尺长的研究船的名字，它即将出海。我们通常在伍兹霍尔和玛莎葡萄园之间航行。

船员们捕获海洋动物，科学家们研究这些动物以帮助理解基础生物学。它们被称为模式生物。今天，他们将寻找头足类动物。想想鱿鱼、章鱼和墨鱼。鱿鱼与乔希的研究最相关。

当我们到达先前捕获的动物被关押的建筑物时，他把手伸进一个饲养箱，拿起看起来像一卷半透明果冻的东西。里面装满了鱿鱼卵。你可以看到，当动物进来时，它们会立即开始产卵指。你看到那些小小的果冻状手指了吗？每个手指都装有50到100个卵。

它们不会长时间是卵。这种鱿鱼的一个显著特征是它们生长速度有多快，从微小的幼体到10或20英寸的成年体大约需要八个月的时间。

但这并不是他的研究重点。乔希研究遗传学如何影响行为、疾病和身体感觉。鱿鱼和章鱼是迄今为止行为最复杂的无脊椎动物。他说，它们庞大而复杂的神经系统可以与许多哺乳动物相媲美，这部分与它们的RNA有关。

RNA是将指令从DNA（身体的遗传蓝图）传递到细胞以制造蛋白质的分子。长期以来，科学家们认为信息的传递总是相当直接的，即DNA被转换成RNA的相同版本。但我们现在知道情况并非总是如此，实际上信息本身可以被编辑。头足类动物在这里做了一些有趣的事情。

它们以异常高的速度编辑自己的RNA，这意味着它们实际上改变了通往蛋白质的遗传信息。虽然DNA可能会指示生物体以某种方式制造某种蛋白质，但RNA可以在运行时改变这些指令，并告诉细胞以不同的方式进行操作。这似乎在所有生物体中都在发生，但在鱿鱼、章鱼和墨鱼中发生的频率要高出数千倍。

当翻译成人类时，这个过程可能具有巨大的治疗意义。例如，科学家们可以学习如何编辑来自突变基因（导致疾病或功能障碍的基因）的信息，并修复它。从本质上讲，你正在用一个好的基因替换一个坏的基因，但不是在DNA中，而是在RNA中。所以我们正在努力了解头足类动物正在使用的技巧，以便我们可以将其应用于人体系统，以及我们如何使用RNA编辑来……

你知道，基本上是基于RNA的疗法。RNA现在在生物化学领域很热门，但普通大众才刚刚开始了解它。我们都听说过COVID疫苗中的信使RNA。疫苗不是将蛋白质注射到人的手臂中，而是通过RNA注射指令，让身体产生自身的蛋白质，在这种情况下，是来自COVID病毒的蛋白质。然后身体产生抗体来对抗它。

Josh说，与CRISPR之类的基因编辑不同，RNA编辑是暂时的。通过编辑RNA中的信息，你可以让这些变化持续一段时间，然后消失。你可以重新开始。为什么生物体需要这样做呢？因为环境，包括社会环境和物理环境，都在变化，对吧？所以你可能不希望你的改变是永久性的。它可能只针对你。

马萨诸塞大学阿默斯特分校的化学教授Craig Martin说，与尝试编辑DNA相比，RNA方法提供了更大的灵活性。

如果我们开发了一种RNA疗法，后来有人开发出更好的疗法，我们可以用更好的疗法来替代它。Josh Rosenthal对这项技术如此乐观，以至于在2019年，他向剑桥的一组风险投资家推销了这项技术，并创立了一家名为Coro的生物技术公司。该公司科学家现在正在利用RNA编辑来研究一种肝脏和肺部的遗传疾病。

上个月，另一家名为Wave Therapeutics的公司宣布，它成功地对患有肝病的人类进行了RNA编辑，在该领域引起了轰动。样本量非常小，只有两个人，但效果持续了几个月，没有任何副作用。

这些是一些宏观的设想。但Josh的目光放在了RNA的另一种用途上，这种用途可以解决美国最大的健康问题之一：止痛。如果你正在研究像鱿鱼这样的生物，它比任何其他生物都能更好地做到这一点，编辑遗传信息，那么这对于像减轻疼痛这样的治疗应用来说是有意义的。

目前，他说，对剧烈疼痛最有效的短期治疗方法是阿片类药物。但是它们，你知道，非常容易上瘾，而且在很多情况下，会导致以后出现更严重的问题。因此，迫切需要找到阿片类药物的替代品。Josh的实验室正在关注神经系统的一部分，称为伤害感受系统。

这是当您体验到极端情况（例如火焰的热量或关节炎炎症的疼痛）时，通过受刺激的神经纤维反弹的系统。但我对疼痛感兴趣，因为它涉及……

不是纠正基因突变错误，而是真正理性地进入，然后说，哈哈，我们想改变特定蛋白质的操作方式。换句话说，他们希望模仿鱿鱼和章鱼如何在疼痛相关的神经通道中使用RNA编辑。

并利用这些知识来操纵人体细胞。我们想尝试重新设计这些伤害感受器神经元中的蛋白质，使其不太可能产生疼痛信号。它是暂时的，但效果持续时间更长。Josh与耶鲁大学、德克萨斯大学达拉斯分校和特拉维夫大学的疼痛研究人员合作。

他们获得了美国国立卫生研究院为解决成瘾危机而拨款的五年期600万美元的资助。我是Karen Brown，来自The Pulse。早些时候，我们听取了生物学家Alyssa Stark的讲话，她研究壁虎以及它们如何粘附在表面。她在实验室里养着壁虎，但她也会旅行和爬树来研究蚂蚁，蚂蚁也具有令人钦佩的粘附能力。

我研究热带蚂蚁，因为我对这些极端环境非常感兴趣，而这些环境正在变得越来越热，热带地区的环境也在发生变化。我主要在巴拿马工作，我主要关注树冠蚂蚁，也就是生活在树顶的蚂蚁。

大约100英尺高。所以我和我的同事们爬上去，收集不同种类的蚂蚁。所以对我来说，物种的多样性非常吸引人，因为

在热带树木的顶部有数百种不同的蚂蚁物种，你可能永远也看不到。它们只生活在那里。所以当你爬到那里时，这些蚂蚁的粘合剂特别适用于非常热的表面。因此，我们所做的许多工作都是测量蚂蚁有多热

对于一只蚂蚁来说，它们非常小，以至于它们的整个身体通常都处于这个受热的边界层中，当然它们的脚也走在这些热的表面上。因此，它们具有化学粘合剂，它们具有可以在各种情况下保持粘附性的胶水，特别是这些热的表面，这对于仿生设计可能很有用。你如何让粘合剂粘在非常非常热的物体上？

而我关注的是工蚁，所以它们没有翅膀。所以没有备用计划。它们不像甲虫或其他昆虫，如果它们掉下来，它们可以用翅膀飞起来。所以我认为蚂蚁是一个很好的系统，因为没有备用方案。有些蚂蚁可以滑翔，至少可以降落在它们掉下来的同一棵树上，但仅此而已。

我从未想过蚂蚁是粘性的。就像我认为它们拥有这些复杂的系统和社会一样，并没有携带松针，但我从未认为它们是粘性的。

是的，很多人没有，我认为这很有趣。我试图回忆起在我开始研究蚂蚁之前，我是否也有这种感觉。但最有可能的是当它们在你的厨房里，对吧？它们正在爬墙，或者可能有一条蚂蚁从墙上进入你的储藏室的路线，然后向下走。这就是粘附力。那是它们正在行走的垂直基材，而且可能非常光滑。所以蚂蚁确实有爪子，但是……

许多蚂蚁在爪子之间也有一块柔软、顺从、光滑的垫子，上面涂有胶水。这就是它们能够粘附的原因。有些蚂蚁，种类繁多。如果它们在地面上，有些蚂蚁的垫子很大，有些蚂蚁的垫子很小，或者没有垫子。

它们的爪子的形状和大小也不同。所以对于它们来说，我发现它们有趣的地方在于，它们的设计可能非常适合它们在其环境中所做工作的需求。在雨林中，资源竞争非常激烈。所以它们需要非常擅长自己所做的事情。Alyssa说，人们也对模仿蚂蚁生活的其他方面非常感兴趣。

实际上，仿生学的一个组成部分现在更关注社会结构，并利用蚂蚁在其群体中将资源从一个地点移动到另一个地点的方式，或者它们甚至交流的方式，以及其他生物体，甚至植物等。生物体如何交流？它们如何移动产品？它们如何

开发和设计更大的结构？它们如何建造一个真正的巢穴？诸如此类的事情，实际上可以被建筑师、公司领导者用来更好地构建公司的实际社会组成部分。

同样。所以我认为我们在仿生学方面有很多进展，并且也开始朝着这个方向发展。所以，再次强调，不仅仅是制造一些很酷的新产品，而是真正解决我们公司运作方式和系统运作方式的问题，使其效率更高，而且可能对我们也更友好，因为毕竟，我们是动物，我们与之并不分离。所以仿生学也适用于我们自己。

这是Alyssa Stark。她是费城附近维拉诺瓦大学的生物学助理教授，在那里她领导着Stark实验室。接下来，我们将讨论在长达十年的努力中，我们离植物毫不费力地利用太阳能还有多远？人造叶子的概念很美妙。它令人鼓舞。接下来是The Pulse。

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这是The Pulse。我是Maiken Scott。我们正在讨论仿生学，研究自然以了解和复制它的一些杰出过程。大约10年前，人们对试图制造人造叶子的研究项目非常兴奋。

其想法是制造一种像叶子一样的装置，可以利用阳光的能量来产生燃料。人造叶子不仅碳足迹低，而且实际上还会像真正的植物一样吸收二氧化碳。这项研究取得了怎样的进展？Alan Yu有更多信息。

十多年前，Miguel Modestino是加州大学伯克利分校的博士生，他梦想将太阳能转化为燃料，以复制叶子的作用。叶子利用阳光将水分解成氢气和氧气。

它们将氢气与二氧化碳结合起来产生糖，这是植物生长的燃料。人造叶子的目标是做同样的事情，但它产生的不是糖，而是人类可以用作动力源的燃料。

我与Miguel联系，看看他在实现这一愿景方面取得了怎样的进展。他现在是纽约大学化学工程副教授。人造叶子的概念很美妙。它令人鼓舞。这是我第一次加入我的研究小组的原因之一。工程并不总是漂亮和鼓舞人心的。

但它专注于完成某事，并尽可能高效地完成某事。他的挑战是制造一种不仅有效的装置，而且有利可图、大规模运作并能成为化石燃料能源的可行替代品的装置。所以你从一个愿景和想法开始，这些想法会形成你从未预测过的形状和形式。

完成博士学位后，Miguel加入了瑞士的一个研究小组，继续从事人造叶子的研究。

第一个挑战之一是分解叶子所做的工作。叶子收集阳光并产生氢气。但是人造叶子必须有两个部分，每个部分负责一项工作。这是因为，对于机器用来制造氢气的每一平方厘米，它需要100平方厘米的空间来收集阳光。

这意味着让一个相对较小的部分来制造氢气，而一个更大的部分来收集阳光是最有效的。如果我们这样做，那么将所有东西整合到一个看起来像叶子的组件中是没有意义的。他为此工作了很多年。他的团队已经能够制造出一个鞋盒大小的装置，他们仍在继续研究这个装置。

Miguel最终离开了瑞士，去了纽约大学。在那里，他致力于另一个障碍：现有燃料的种类很便宜。清洁燃料与肮脏燃料具有相同的功能，这意味着您需要在非常相似的市场上竞争。燃料市场竞争非常激烈。人造叶子产生的氢气还不够便宜，无法与石油和天然气等化石燃料竞争。

因此，他四处寻找除氢气以外的其他东西，他可以用类似叶子的装置制造。特别是，他希望用他的装置制造出在价格方面能够与其化石燃料对应物竞争的东西。他选择了尼龙。尼龙是一种高价值的聚合物材料。它的用途非常广泛。它是主要的纤维之一，合成纤维用于……

服装、时尚。尼龙是一种流行的面料，尤其适用于泳衣或健身服等。目前，公司用原油制造尼龙。Miguel正在研究如何利用太阳能和可以种植的材料而不是化石燃料来制造尼龙。已经取得了巨大的进展，其中一些推动了人造叶子的概念向前发展。

还有一些分支到不同的方向，但导致了许多其他不同领域的进步。也让我们更接近最终目标，即在整个社会中广泛部署丰富、廉价、可再生能源。激励Miguel从事这项工作的人之一是Dan Nocera。他是真正普及人造叶子概念的研究人员之一。

Dan是一位化学家，也是哈佛大学的能源教授。他遇到了Miguel遇到的各种挑战。Dan还发现，用人造叶子制造氢气并不像他们想要替代的化石燃料那样便宜。所以他转向了适应这项技术，并用它做其他事情。我们意识到

与其分解水，如果我可以在一杯水中加入两种化合物而不分解水，实际上是将电力输入化合物，我可以制造一种叫做液流电池的东西。

它被称为液流电池，因为它有两个盛有液体化学物质的容器。给它们通电会使化学物质在一个方向上反应。反转化学物质的流动会产生电流。维持这种化学反应的电力来自太阳能电池板。

因此，Dan的人造叶子理念变成了一个电池项目，然后是一个制造大型液流电池的工厂，然后国防承包商洛克希德·马丁公司在2014年收购了这项电池技术。在Minnick电子中心的卡森堡新GridStar大型液流电池储能演示系统的现场举行了奠基仪式。

科罗拉多州卡森堡的陆军基地两年前开始建造一个液流电池，这个电池足够大，可以为数百户家庭供电。随着洛克希德·马丁公司接管电池工作，Dan开始寻找其他方法来利用他的研究减少二氧化碳排放。他了解到，我们的一些二氧化碳排放来自制造用于种植食物的肥料。

他所从事的研究也可以用来制造肥料。他从基因工程细菌开始。我们告诉它要像冬眠的熊一样。

从水中获取氢气，太阳能水分解，获取二氧化碳，制造这种富含能量的生物聚合物并储存起来。他利用太阳能产生氢气，细菌吸收氢气和二氧化碳。就像熊在漫长的冬天之前多吃东西一样，这种细菌会吸收大量的氢气和二氧化碳。

它们变得有点肥胖。你可以观察细菌，它们会膨胀起来。他可以将这些膨胀的细菌放入地下，在那里它们会分解并变成肥料。他创立的公司现在以与商业肥料相同的成本生产和销售这种肥料。这是物理学家Varun Sivaram希望看到的进展。在本世纪的某个时候，

他是对外关系委员会的能源和气候高级研究员。

他写了一本关于太阳能的书，名为《驯服太阳》，他在书中检查了世界各地各种太阳能项目的进展。我很高兴自从我在2018年出版《驯服太阳》以来，太阳能电力的成本急剧下降。

我们现在已经降到了每瓦低于10美分，这是大约十年前我认为不可想象的水平。当他写他的书时，Varun已经对看到不仅仅是太阳能电池板，还有可以利用太阳能制造清洁燃料和化学产品的太阳能精炼厂充满希望。

Dan和Miguel以及其他科学家现在正在做这种工作。Varun认为，最大的问题是进展不够快。他说，清洁能源领域有一个笑话，几十年来，人们都说核聚变还有10年时间。我希望人造叶子不会落入这个陷阱。

因为人造叶子，这些光电化学电池，几十年来一直有很多承诺。然而，如果你今天问我，我仍然觉得这些技术真正具有商业竞争力还需要十年时间，甚至更长。我认为我们负担不起。但这部分不在Miguel和Dan等科学家的手中。这就是你作为科学家所做的。你发明和创造事物。

它为人们和社会提供了更多选择。但是一旦我作为科学家做到了这一点，它就超出了我的控制范围

他们是否选择这个选项。自20世纪以来，作为一个社会，我们已经向能源基础设施投资了数万亿美元。没有哪个科学家会在今晚在他们的实验室里想出一些东西来取代价值100万亿美元的已偿还能源基础设施。所以这就是现实。这个故事是由Alan Yu报道的。

这是我们本周的节目。The Pulse是费城WHYY制作的节目，由我们的创始赞助商Sutherland家族和联邦基金会提供支持。你可以在任何地方收听我们的播客。

我们的健康和科学记者是Alan Yu和Liz Tan。Julianne Koch是我们的实习生。Charlie Kyer是我们的工程师。我们的制作人是Nicole Curry和Lindsay Lazarski。我是Maiken Scott。感谢您的收听。

想象一下，一个来自NPR的节目，不像NPR。一个节目，关注的不是重要的，而是愚蠢的。其中包括关于人们在裤子里走私动物和在荒谬的科学研究中胜任的罪犯的故事。并称之为《等等，别告诉我》，因为好名字都被占用了。收听NPR的《等等，别告诉我》。是的，这就是它的名字。你可以在任何地方收听播客。

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