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文/瑪特.富尼耶(Mat Fournier ) 譯/潘文柱

日本高鐵

連接東京與博多的高鐵線路的特點,就是這些路線必須穿越眾多隧道。這個地理條件的限制對新幹線的工程師提出了巨大難題:每次當列車進入隧道時,內外的壓力差都會造成衝擊和震耳欲聾的響聲,這對乘客和沿線居民都造成了傷害。在無計可施的情況下,中津英治,負責東京-博多新幹線測試的工程師,將思緒轉回他偏愛的世界:鳥類世界。「我問自己,」他說道,「是否存在一種生物,能夠在空氣壓力快速變化的情況之下也控制自如?是的,有這樣的動物—翠鳥。」

自小熱愛鳥類的工程師中津英治在用電腦進行資料類比後,找到了能讓新幹線列車順利進入隧道的完美外形:毫無意外,是類似翠鳥的外形。為了捕獲獵物,翠鳥在水面上警惕地觀察著獵物的行動,然後像一支箭那樣俯衝入水中,將獵物咬在嘴裡。不過翠鳥的嘴還不僅僅是用於捕魚,長長的外形也能讓翠鳥在不激起任何水花的情況下入水。

翠鳥修長的喙能減少環境轉換(也就是從阻力小的空氣中轉換到阻力更大的水中)時的衝擊—新幹線列車也用這樣的「喙」,解決了進入隧道時造成巨大雜訊和震動的難題,乘客們再也不用忍受不適了。

除此之外,中津英治和他的團隊模仿翠鳥而設計的列車外形也讓列車在行駛時更節能,而且更高速。「當然最重要的,」工程師總結道,「還是學會觀察自然。」

多虧了適合的外形,新幹線能像翠鳥入水那樣自如地穿過隧道。

看清顏色,定位水下

翠鳥不但總能在入水前發現獵物,而且還擁有絕佳的水下視力。同別的水鳥一樣,牠的視網膜有兩個中央凹(「黃色斑點」,微距視力最精準的部位);在水面上牠只利用其中一個中心凹,不過,當牠扎入水中時,第二個也會派上用場。更何況,翠鳥的視網膜有許多能夠提高色彩分辨力的脂滴,這讓牠能在水下進行更好的定位。待人們更加瞭解個中機理時,翠鳥的水下視力或許能為研發水下視覺更好的機器提供可參考的想法。

保護面罩

為了在潛水時保護眼睛,翠鳥有一種防護面罩—一塊骨質板,與腦袋的前額骨相連,能夠保護眼睛在精彩的入水瞬間不受到水的正面衝擊。這一塊防護骨頭的結構引起了工程師們的興趣:它或許能夠啟發尤其適用於航空領域的防護裝置的發明。

動物策略:從一種原理到另一種

翠鳥不僅能以足夠的精準度豎直入水捕食魚兒,還能同樣快速地沖出水面。牠利用的是阿基米德浮體原理:包裹在羽毛中的空氣將牠完全地推出水面。然後牠回到棲息處,對著樹枝將獵物拍打至昏死,再順著魚頭將整條魚吞下。為了便於發現獵物,翠鳥常在水面上的低矮樹枝上棲息,不過牠也會在水面上徘徊飛行,接著突然嘴朝下垂直入水。

Alcedo atthis(翠鳥)
●中小型食魚類水鳥。●身體結實,喙長且細,爪子短,皮毛顏色鮮豔。●在陡峭河岸的洞穴中築巢。●存在約90種翠鳥。

 

※ 本文摘自《仿生高科技》,原篇名<翠鳥,日本高鐵>,立即前往試讀►►►

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