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超級飛行高手-《大黃蜂飛得比波音747還快》

蜜蜂對於環境與人類福祉的重要性說也說不盡。超過兩萬種的蜜蜂跟螞蟻和大黃蜂是最相近的品種,在含有昆蟲授粉開花植物的每一處棲息地都可以發現它們的身影—也就是說,除了南極洲之外其他隨處都能看到。從身長不足半英寸到最大有一·五英寸的切葉蜂(leafcutter bee)都有,是多種鳥類與蜻蜓最愛的美食。可是,這麼多種類的蜂當中,只有七種具有成為「蜜」蜂的資格。除了最顯而易見的當食物和防腐劑之用,蜂蜜也是一種天然的濕敷藥物和抗生素,被拿來敷在傷口上的歷史已經有好幾個世紀、甚至是數千年之久。有一款新的上市藥品「蜂蜜藥膏」(HoneyMed)是將蜂蜜塗抹在傷口和皮膚病的現代治療藥物,沒有對抗生素產生抗藥性的風險。

蜜蠟也被使用於世界上每一種文化,至少從埃及時期就開始被用來製作各種東西,包括從澳洲原住民樂器迪吉里杜管(didgeridoo)—以一根長長的、空心的粗枝做成的特殊管樂器—吹口,到菲律賓魯特琴(lute)、大弓與子彈的製造、脫蠟鑄造、指甲美容和造船業使用的岩棉製品、八字鬍梳理、蠟燭等等。有意思的是,蜜蠟可以當成一種潤滑劑,只要混合石蠟(paraffin)即可拿來作為附著磨擦力的媒介。所以有助於書桌抽拉式抽屜滑動更順暢,或是在衝浪板上打蠟確保玩家不會腳滑摔倒。蜂蠟在古羅馬時代和中世紀時期被用來當作交易貨幣,而且羅馬人過去習慣使用銅尖筆在蠟版上刻字。這種古代版的白板用過之後只要再軟化、整平,然後就又可以寫字了。

西元三世紀亞歷山大里亞城的幾何學家暨天文學家帕普斯(Pappus of Alexandria)是解釋蜜蜂把蜂蜜貯藏在六角形蜂窩室原因的第一人,因為這樣一來它們就可以在最小空間裡存放最大量的蜂蜜。此後養蜂人家、數學家和工程師們更紛紛對蜂巢作分析。一隻蜜蜂必須攝取大約八磅的蜂蜜才能分泌一磅的蜜蠟,所以建蓋效益最高的蜜蠟結構體便成了首要工作。

數據顯示六角形結構可以在材料使用量(這裡指的是能源密集型的蜂蠟)最少的情況下補好或砌成一個既定的表面區域。一小格的蜂巢是經由重複七十度角、一百一十度角和一百二十度角所構成。每一個蜂巢也有共同牆面,這能省下更多蜜蠟同時充分利用3D空間(下圖)。

蜂巢。(公共版權,Sean Hoyland)

總部設於紐約的優板公司仿效蜂巢六角形結構研發出了清紋系列(ClearShade)中空玻璃(下圖)。清紋玻璃會控制能夠進入建築物內的太陽熱量,同時允許足夠的光線照射進去。這系列玻璃也會製造出有趣的視覺效果,因為它的內部結構會將室外景色分解成展開的像素化圖像。在甘迺迪國際機場新的捷藍航空(Jet Blue)候機航廈和許多大學校園與其他建築中都裝設了這系列玻璃,能夠控制熱量吸收並大幅降低空調費用。

80 Panelite Glass

加州大學佛雷斯諾分校亨利.梅登圖書館所使用的優板公司清紋玻璃。(作者提供)

蜂巢結構也被世界各地的建築師所採用。一家稱為多元建築(Various Architects)的挪威公司應用這種六角形狀建了一個移動式表演場地,可以攤開來容納三千五百位觀眾,收納體積小到能夠放進三十個貨櫃。知名中國建築公司MAD建築事務所在天津建設的中鋼摩天大樓為求以不發電方式調節光線與熱量,整個建築外觀採用蜂巢形狀的窗戶。蜂巢壁也啟發了座落於斯洛維尼亞共和國伊佐拉(Izola)一棟得獎的高密度複合式社區所採用的陽台系統,該系統兼顧了遮棚功能和住戶隱私(下圖)。

82 Honeycomb-inspired apartments in Izola, Slovenia

座落於斯洛維尼亞共和國佐依拉的蜂巢仿生公寓。

看過一群蜜蜂窩在蜂飛進飛出嗎?它們似乎都不會互撞碰撞。擁有三百度的視野寬度,蜜蜂幾乎真的是「腦袋後面長了眼睛」。這使得它們能夠準確地飛在無數移動與靜止的物體之間。日產汽車公司標榜要讓他們的汽車致死或重傷人數減半,已經轉向仿生技術,應用蜜蜂的凸複眼開發出了一個雷射測距系統(Laser Range Finder,簡稱 LRF)。當一部汽車被LRF偵測到確實有撞車危險時,該系統將模仿蜜蜂敏捷的動作,在瞬間接管車子方向盤系統,轉動輪子方向使其偏移預估的衝撞點。持續執行主動防護科技(Safety Shield)研發計畫;日產汽車更進一步研究仿生技術,加入魚群既可迅速並進前游又能夠保持前後距離的能力。準備使用於汽車當中,日產汽車製造了一組能夠在通訊的同時掌握協調性避免撞車的EPORO機器人汽車原型。EPORO是「episode 0 robot」的簡稱,因為日產汽車的終極目標是要製造「零」事故、「零」排放的汽車。

蜜蜂也是關於群體行動邏輯研究的重要主角。藉由研究群體行動邏輯,可以瞭解一大群個體的行為,如蜜蜂、螞蟻、黏菌(slime molds),甚至是城市社區的群聚形成,並不是因為某個中央情報,只不過是簡單訊號激發一個又一個的行動,加起來變成的複雜結果。軟體理所當然是應用該項策略的地方,例如,加拿大多倫多的再生能源公司(REGEN Energy)便已投身於提升建築能源效益。他們出租或銷售屋主能夠傾聽與學習房屋電器和冷暖系統電力週期的無線裝置與軟體,然後這些裝置相互協調在有需要時開機,在不需要時關機,以降低電費顛峰時間總用電量。一般房子將會有十至四十個控制器共同運作,就像一個蜂窩那樣。測試顯示購物中心、醫院、飯店或工廠可以省下多達三○%的巔峰用電支出。

人類最先進的科學分析與流體力學方程式驗算結果「證實」大黃蜂不會飛,但它們可以飛,而且有極佳準度與導航能力。這種不可能的能力成了幾項研究計畫的主題,包括日產汽車也投入了研究。如果人類能夠複製蜜蜂飛行效能與機動性,飛機設計將能往前躍進一大步。蜜蜂還有兩組翅膀,飛行時緊密相連在一起,降落時分開折疊起來。如果飛機的翅膀可以像蜜蜂的一樣具有機動性且可折疊起來,那麼飛機的降落與停放就更容易了。這對航空母艦或城市裡密度越來越高的機場而言更是好處多多。

蜜蜂身上不只有翅膀啟發了人類技術創新,其實它們的眼睛也不遑多讓。德國比勒費爾德大學(Bielefeld University)的沃夫岡•斯圖濟(Wolfgang Stürzl)與他的同事們正在設計一個擁有最大廣角鏡頭的相機,是要用在小型機器人飛機上的。他們找到了模仿對象,就是蜜蜂驚人的三百度廣角視野近乎一覽無遺的眼睛。蜜蜂也擁有辨識與吸收偏振光(polarized light)的驚人能力。它們利用太陽的位置作為進出蜂窩的導航,而且擁有一種光學里程表,這種內在測距儀的運作是利用它們飛行時追蹤地形影像移動速度快慢。包括瑞典隆德大學(Lund University)的瑪莉•戴克(Marie Dacke)和昆士蘭大學的曼戴亞姆•史利尼瓦桑(Mandyam Srinivasan)等研究人員都在分析蜜蜂擁有媲美GPS系統與追蹤裝置的導航能力。

一九二○年代關於的俚語「蜜蜂的膝蓋」(the bee’s knees)是形容人們覺得一件事情非常傑出、出色的意思。澳洲政府科學與工業研究團隊(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,簡稱 CSIRO)發現跳蚤的膝蓋也很厲害。CSIRO已經製造出一種近乎完美的橡膠,具有九五%的恢復力。他們的科學人員研究了節肢彈性蛋白(resilin),這是構成許多昆蟲關節的一種蛋白質,包括蜜蜂。把節肢彈性蛋白想成一種彈簧,能夠吸收施壓力量或壓力,然後在壓力解後再將能量釋放。節肢彈性蛋白的效能比合成或天然橡膠高出非常多,它賦予了蜜蜂一分鐘拍振翅膀一千次的能力(或者說一輩子的時間中拍振五億次),也讓跳蚤能夠儲存足夠的運動能量,彈跳一次的距離可以有身長一百倍之遠(換算成人類距離等於六百英尺遠)。這是人類所知效能最好的彈性蛋白,其合成物質將可被用以提升從心臟瓣膜作用到跑步鞋彈跳力等各種東西。

 

摘錄於PanSci 2014年3月選書《大黃蜂飛得比波音747還快》,由時報出版。

關於作者

時報出版

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