第4章

海洋的秘密

肖尔岛远离澳大利亚西北部海岸，是一个人迹罕至的地方，我们的船就在该岛附近海面上抛锚了。那是1970年，20岁的我作为渔业及野生动物局项目官员，经常在印度洋上巡逻，而且每次出海巡逻都会持续好几个星期。我们的船上有5位野生动物研究人员，他们都是受船长和我的邀请，参加首次丹皮尔群岛野生动物调查的。这些岛屿上的道路崎岖不平，随处可见高达几百英尺的巨大铁矿石块。在大石块夹缝中，间或生长着一些植被。带尖刺的三齿稃草地、纠缠在一起的矮树丛，以及四周如剪刀般锋利的岩石。岛上环境让人难以靠近，也无法进一步探索。除了迅猛的潮汐、强大的激流，绵延数里的红树林还把附近的海水染成了浑浊不清的黄褐色，再加上剧毒的海蛇、咬人的沙蝇、灼热的阳光，所有这些确保了这片土地至今尚未遭到旅游者的践踏。

这是个月黑风高的夜晚，大约9点，我吃完晚饭跟往常一样站在船尾，摆弄着自己的超大型鱼竿，这是我经常捕捉大鱼的工具。突然，砰的一声，一股宛如火车开过的巨大冲力将鱼竿从我手中拉掉，幸好没掉远，仍然挂在船边的护栏上。我大声向船舱内的人喊道：“快把探照灯拿过来！”几秒后，探照灯打在船后的一大片区域上。“我的老天！”有人喊道，“快看！”船尾的海水里一群鲨鱼在翻腾跳跃，虎视眈眈地围着我们，细数一下，至少有二三十条，每条都有8~10英尺长。一条鲨鱼咬到鱼竿的诱饵后被钩住，其他鲨鱼此时正在对它发起攻击，从它身上一口一口地咬下餐碟大小的肉。

盖瑞是一位野生动物研究员，平时他不常在船上工作。当晚听到外面的吵闹声，他也赶紧从船舱里跑出来看个究竟。但在奔跑过程中一不小心被绊倒了，由于惯性，他一下子被甩出护栏，越过船舷，掉入水中。在落入水中这一刻，他毫无疑问已经深刻感受到即将成为鲨鱼腹中之食那种濒临死亡的恐怖。

我们目瞪口呆、不知所措，浑身湿透的盖瑞已经回到船上，站在甲板一侧，和他刚才落水时一样，一切都发生在转瞬之间。他落入水中，被周围那几十条身体跃出水面、张着血盆大口的鲨鱼包围之时，就感觉有一股超人的力量，以异乎寻常的速度，将他推了回来。他迅速用一只手抓住船沿，挣扎着，竭尽全力将自己拉出了水面。他是我见到过的最幸运的人，从那时起，我再也没见过盖瑞夜晚出现在甲板上。

为速度而生

鲨鱼出现在5亿多年前，属于肉食动物。目前地球上大约有440种鲨鱼，小的有6英尺长，所有鱼类中最大的也是鲨鱼—40英尺长的鲸鲨（它其实与鲸鱼没什么关系）。带点儿讽刺意味的是，尽管鲨鱼让人丧胆，但它们其实很少猎食人类，也很少咬人。每年世界上仅有约25例鲨鱼咬人的报道，平均死亡4人，人类却食用鲨鱼，仅去年一年，就吃掉了1亿条鲨鱼。其实，鲨鱼只有鱼鳍能卖到每磅^[1]300多美元，用来制作鱼翅。这也是世界上昂贵的食材之一。

鲨鱼和商业创新有什么关系呢？现在看来，有很大的关系。以鲨鱼为模型，人类已经制造出一系列极具价值的创新产品，涉及医院安全、轮船船体、奥运奖牌在内的各个领域，这些都归功于鲨鱼为保证游动能力而不断进化的努力。与其他鱼类不同，大多数鲨鱼无法使用鱼鳃从水中吸取氧气，因此，它们必须不断游动，让海水从它们的鳃中流过——即便睡觉的时候也如此。而鲨鱼的这种游动需要耗费诸多能量，而能量又需要通过捕猎获得充足的食物来补充。大自然总是青睐耗能最少的生物，能量利用率最高、耗能最少的动物跑得最快，也跑得最远。因此与其他低效成员相比，它们的生存能力更强，这就是有价值的进化。鲨鱼也不例外，而且它还是超凡流线型设计的卓越代表——在很多方面都远远超越了人类的设计。它们是如何做的呢？鲨鱼的外形和子弹有有几分相像，这样它在水中游动的时候就会减小自己外形造成的阻力，它的鱼鳍和尾部肌肉共同作用，在它们身后击打出漩涡，它们其实就是借助这个漩涡来推动身体向前游动的。最后，它们通过皮肤的巧妙进化，有效避开了水的阻力。鲨鱼的皮肤上满是细小的垂直鳞片，我们称之为盾鳞，也叫肤齿——手摸上去有一种颗粒状的粗糙感。正是由于它的皮肤粗糙，在砂纸发明之前，木匠都用鲨鱼皮打磨木材。

鲨鱼的肤齿

水对粗糙表面的拖拽力竟然比光滑表面要小，或者说阻力更小，虽然听起来让人感到有些违背常理，但是大自然已经通过无数例子证明了这是正确的。试想，你在浴缸中或者游泳池中摆动你的胳膊，随着水分子环流过障碍物（也就是你的胳膊），你应该能感觉到自己胳膊承受的水压，尽管你很难感觉到你的胳膊同时也在拖拽着水，但的确是这样。类似地，一艘轮船在水中航行时能够拖动自身的重量，拖着海水和它一起行进意味着轮船需要耗费更多的能量，如果能把所有的水流留在身后，那就会节约很多能量。另外，轮船的螺旋桨在某种程度上也是被拖拽着行进的，这都会降低推进效率。全世界范围内的轮船制造者都采用传统的做法，力争把船体打磨得尽可能平整和光滑，来减小水的阻力。鲨鱼的皮肤虽说很粗糙，不怎么光滑，但它的表面确实能够避免大量的水吸附在身上阻碍向前的游动效率。

鲨鱼其实是通过拍打身旁的水流，尽可能减少海水在身上附着，从而提高速度，这个特点现在已被应用于很多行业。这里就有一个将仿生学应用于外形设计实践的例子，将自然进化形成的特殊机械形状应用到工程设备或者工程工具上，能够改善并提高这些设备的性能。

具体来说，受到鲨鱼肤齿的启发，德国的研究人员开发出了一种涂料，如果将这种涂料运用到一个特有的模具上，就会形成脊线的形状，从而提高飞机、轮船船体和涡轮机等机器设备表面的流体动力。来自德国海港城市不来梅弗劳恩霍夫制造工程和应用材料研究所的三位科学家伊冯娜·维尔克、福尔克马尔·施滕策尔博士和曼弗雷德·佩施卡研发出一种能显著降低航空阻力的涂料，为了表彰他们的研究成就，2010年欧洲最大的应用科学研究机构弗劳恩霍夫应用研究促进协会向他们的团队颁发了久负盛名的约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖。

这种涂料在配方中也使用了微小纳米粒子（纳米粒子本身就是仿生学的产物，它通过模仿大自然一次仅制作一个分子的策略来运行），主要是为了抵抗紫外线照射和极端温差的变化，比如说在高海拔地区或者是飞机的机体上。“这种涂料有很多优点，”福尔克马尔·施滕策尔博士解释说，“还能用作飞机最外层喷涂处理，这样也就不需要再涂其他东西。这种涂层并不会增加飞机的重量，并且能极大地降低维护成本，一般情况下飞机每5年就需要刮掉外漆，重新喷涂一次。此外，这种东西还能不费吹灰之力地吸附在复杂的三维结构的表面。”

这个团队除了设计涂料的分子结构，还开发出了应用方法。“我们并不是直接喷涂，而是采用漏板技术来进行。”曼弗雷德·佩施卡解释道，“这样就能在喷涂时制作出类似鲨鱼皮的结构。最难的地方在于把流体颜料在漏板上均匀地摊成薄薄的一层，同时确保紫外线照射之后仍能粘到基座上，而为了凝固又必须经过紫外线的照射。”

这个技术还能在船体和飞机机身上取得巨大的成效。德国研究人员通过造船设施做了个测验，结果发现能减少超过5%的船体摩擦力。这种改进一旦转化成能效，就能为船主们带来巨额利润。对于一艘航行了几千海里的大型集装箱货轮而言，这种技术仅仅推行一年，就能节约2 000吨燃料。如果应用到全世界的飞机上，每年就能节约50多万吨的燃料。

来自弗劳恩霍夫制造工程和应用材料研究所的研发人员宣称，全面使用这种涂料的费用绝对不会超过传统的产品，这种技术在航海涂料和航空涂料工业中都会很合算，极有可能主宰这两个领域。能有多合算呢？举个例子，一艘新的“海洋绿洲”号游艇2010年常规进入干船坞，就能喷掉166 000加仑^[2]的防污漆——世界上有5万艘这种大型轮船。简单地喷涂薄薄的一层这种无毒涂料，不仅能节约几十亿美元的燃料成本，而且能消除由于额外燃烧这些燃料所排放的二氧化碳。这是一种蕴含巨大经济效益和环境效益的绝佳产品，而这所有的一切通过仿生学就能获得。

金枪鱼等游速很快的鱼身上很少会有藻类、蠕虫或者藤壶等寄生生物。而游动速度慢的动物，比如海龟和某些鲸鱼，就会携带很多寄生生物，而且寄生生物的种类繁多，从海洋中无处不在的微生物到附着在动物外皮肤上的细菌等等。众所周知，鲨鱼的游速非常快（报告显示条纹状鲨鱼在发起攻击时游速可达每小时60英里），但它们大多数情况下都采用低速模式游动，这样可以保存能量。人们可能会想，那它们也会吸引很多微小生物，结果却相反，鲨鱼的肤齿——这种能减少阻力的皮肤还具有能减少表面附着物的效果。正是这个特点让总部位于科罗拉多州的幼鲨科技公司得到启发，进而开发出一种模仿这种肤齿结构的薄膜，用以抑制水面微生物群的快速蔓延。

幼鲨科技公司产品的表面

佛罗里达大学的安东尼·布伦南博士和他的团队在美国海洋研究局的资助下，对幼鲨科技公司的技术开展了一项研究，目的在于研发一种无毒的方式抑制微生物，最终避免藤壶附在轮船的船体上。布伦南博士是一位横跨工程学和材料科学领域的教授，同样也是微小生物生命周期方面的专家。由于很多微生物每20分钟就能生长并分裂，所以一个单细胞在不到24小时内就能分裂出80多亿个细胞。一旦这些细胞黏附到物体表面，它们将快速蔓延，形成所谓的生物膜，之后在船体上就会出现海藻、长出杂草或者出现其他形式的污染。船舶运营商都清楚，所有这些额外的“乘客”在水中都会形成阻力，对燃料的使用也产生很大的负面影响。如果一艘轮船出现了污垢，在航行时就会多耗费高达40%的燃料，所以不论是海军航空母舰、货轮、游轮、渔船、摆渡船还是小帆船，全世界的船主都必须经常把他们的船拖出水面，清理船底。这种每年一次或者两年一次的干船坞修理不仅需要花费高昂的人工费和材料费，而且在停工期还无法为船主带来收益。这对于军舰来说更为关键。

各种各样的有毒涂料曾经被广泛应用于消灭微生物或抑制微生物生长，但这种做法同时会对环境造成极大的伤害，所以现在类似的涂料都已被禁止使用。当布伦南博士和他的同事在瓦胡岛的珍珠港基地看到满身污垢的潜艇返港时，他们便想到要有所突破。他当时说，潜艇看起来就像个长满海藻的鲸鱼，他开始思考并咨询自己的团队，是否有哪种海洋动物游动速度慢，又能免遭海藻缠身的厄运。于是，他们想到了鲨鱼。

自从2002年获得了开发过程中的第一笔研发资金之后，布伦南博士于2007年将研发的初步成果转换为商业产品投放市场。幼鲨科技产品的表面由几百万个微小的钻石状小齿构成，每个小齿的粗细大约是人类头发宽度的1/50，深度约是头发深度的1/400，所以人类用肉眼无法看到这个形状。每个小齿都跟鲨鱼的肤齿一样，使用特定的高度和宽度比，从而在皮肤表面形成足够的粗糙度，防止微生物黏附，抑制其快速蔓延。这就像我们躺在锯齿般的岩石床上，或者在上面行走时会感到非常不舒服，对细菌而言也一样，需要耗费很大能量才能吸附住，然后才能加速繁殖，所以它们会选择一个不那么费劲的地方（或者物种）栖息和繁衍。幼鲨科技公司的技术通过还原鲨鱼肤齿上每个颗粒之间的间隔和高度，隔断了细菌在彼此之间传递的信号，这种性能取得了令人惊叹的效果。举例来讲，长在幼鲨科技产品表面的绿藻比长在平滑表面的数量减少了85%。事实证明，现在的幼鲨科技产品是第一款能够控制细菌生长的技术，并且无毒、长效，对物体表面也不会造成伤害。由于这种技术具有很高的价值，所以对海洋应用而言，显然具有很多商机。令人惊奇的是，仿生学技术也能用于产值高达几十亿美元的医疗保健行业，因为这种对微生物生长的抑制也能应用到医疗环境中，避免细菌黏到医疗用具上极快地污染这些用具。经过分析之后，幼鲨科技公司首先向市场投放了一些低成本的生物医药产品，这些产品消费者使用起来很方便。公司研发的有黏附力的塑料膜产品还能够直接从他们的网站上购买，这个东西能粘到门牌、浴室间、床栏杆、托盘、衣帽间的长椅上，以及其他常用之地，可以减少细菌的扩散。公司的第一代产品在市场上产生积极反响之后，他们就开始着手研发其他设备，包括近年获得美国国立卫生研究院大奖的设备：包括一种导尿管，用于减少医院里泌尿道的感染率。

为提高能效而包装

总部设在得克萨斯州达拉斯市的SkinzWraps公司也以鲨鱼皮为主题，向市场推出了一款用于提高机动车能效的产品。这家公司创建于2001年，生产的产品是塑料膜，非常薄，并且色彩绚丽，但种类不多，塑料膜上印有设计图案和公司商标，能粘到轿车、公交车或者卡车上，用于做广告。SkinzWraps公司迄今为止已经包装了7 000多辆机动车，你可能已经见过他们的包装效果：在城市公交车上为电影做广告，大众汽车公司的甲壳虫身上为雅虎做的滚动广告，或者是地铁里为新香型沐浴露做的宣传。SkinzWraps公司的仿生成果伴随着一种革新广告材料的理念，从而增强移动车辆的航空动力学。公司的最新产品——速度真皮裹带（Fastskinz MPG-Plus）正在申请专利，已于2008年投放市场。这个产品使用了同鲨鱼皮一样的潜在策略，在物体表面和周围空气的接触地带提高交换流。SkinzWraps公司宣称，传统机车的使用者能够节约高达20%的燃料，而对有意识采用航空动力学的混合动力机车来说，则能节约25%以上的燃料。

如果把仿生学应用到当今的小公司中，就像SkinzWraps公司的做法一样，就能带来很多收益。不论是仿生学技术，还是其他技术，通常都是从大学实验室中诞生的，然后经过冗长的过程，或者落入企业家为此技术而成立的创业公司，或者进入拥有众多部门的上市公司。而风险恰恰存在于这两个极端之中：企业家建立的创业公司可能激情四射，但是对市场缺乏了解，更没有雄厚的资金支持，而大公司虽非常清楚市场的需求，甚至可能已经在市场中占据很大份额，但受制于企业的短期盈利目标，很可能会因为高管一念之差，项目就中途夭折。与之相反的是，一些小企业已经具备让仿生学理念尽快落地的诸多基本条件和能力，比如SkinzWraps公司，它们已经拥有完全了解自己基础产品关键特质的专业人员，它们对于生产流程、发货渠道和营销方法等都了如指掌。SkinzWraps公司在成立之初只不过是一个创新型广告公司，但在将现有技术与仿生学广告模式结合之后，该公司就可以向客户提供一套令人信服的全新节能方案，同时还可以将一般大众包括在内，有效扩大了目标市场。

鲨鱼皮的应用范围广泛，不仅能够大幅提高依靠汽油和其他燃料运行的机器的能效，而且能有效提高人体的能效。比如顶级竞赛泳衣的设计商速比涛（Speedo）成功地制作出了仿鲨鱼皮泳衣，供游泳运动员穿着。这家公司的提速真皮系列产品帮助运动员在2004年奥运会上赢得了多枚奖牌，因此大受欢迎，它的LZR系列泳衣能够有效降低阻力。在2008年北京奥运会上创造或刷新世界纪录的25名游泳选手当中，有23人当时都穿着了这款泳衣。这些高科技泳衣在设计过程中除了运用了最先进的计算机模拟技术，还应用了美国国家航空航天局风洞实验室的设备，而且澳大利亚运动研究院也为此投入巨大，因此每件成本高达600美元。泳衣的面料使用了专利技术，上面有细小的矩形凸起，与鲨鱼皮一样，穿在运动员身上能够帮助他们摆脱水流吸附，破浪向前，再配合该泳衣的其他特性，显著提高了游泳速度。正如Textile world网站上描述的，现代泳衣边缝缝合大多已不再使用传统的缝纫方法，因此水再也无法从针脚之间的空隙处渗入，从而营造出像海豹皮一样的防水效果。内置于泳衣的核心稳定器和内压板就像缝在紧身衣上的束腰带，能够使泳者的肌肉保持稳定，并保证他们在水面游动的过程中处于最佳位置。不管泳衣的设计者是否有意为之，结果都表明，运动员穿上此类泳衣后在水中的身形与海洋哺乳动物的轮廓如出一辙。面对速比涛技术给运动员带来的巨大优势以及可能存在的不公平竞争，国际游泳竞技的主管机构国际泳联也深感震惊，因此该组织于2009年对此类泳衣的使用设定了诸多限制，要求男性泳衣不可覆盖全身，即覆盖范围上不过腰、下不过膝，女性泳衣的覆盖范围上不过肩、下不过膝。或许是担心将来会有更多的仿生学创新（或许是鲨鱼鳍）应用于竞赛当中，国际泳联同时还规定，泳衣的原料必须全部是纺织品或编织材料，不能有任何附加物或紧固件。

计算机模拟水流过游泳者的身体，颜色深浅表明阻力所在的不同区域

桨叶上的能源

另外一项技术也源于鲨鱼带来的启示，澳大利亚的生物动力系统公司通过吸收利用鲨鱼尾鳍的高效原理，有效改进了水流发电流程。人类从几百年前就开始使用水力涡轮机，比如磨坊，人们通常在小溪旁边或者河流旁边修建磨坊，利用水流的力量转动木制桨叶，然后轮流转动两个大石头上面的那一个，把小麦磨成面粉。电力普及之后，同样的基本理念也被用于发电。在水力发电站，大坝造成的水流落差推动涡轮机转轮的旋转——这套旋转叶片有点儿像推动轮船的螺旋桨。涡轮机沿着机轴旋转，转出一个磁铁线圈来发电。

当前，水力发电站提供的电量占世界总发电量的16%，但是随着全球用电需求的不断上升，很难在其他河流中再造大坝，于是人们把注意力转向了海洋。世界上有些地方的潮差巨大，涨潮时能达到55英尺的惊人高度，落潮时就降到海平面，并且每6个小时就会轮回一次。这就带来了几十亿吨水的交错起落，每天4次，潮涨潮落。在水中安装一个转轮或叶片，起落的潮水、海浪或者其他形式的强力潮涌所带来的力量就能产生清洁电力。其实人们经过计算发现，美国利用潮能产生的电力能够满足全美国的用电需求。

然而从工程学的角度来看，海洋水电非常复杂。我们不仅需要把电力通过海底电缆输送到陆地的设备上，还需要设备足够稳固，能抵挡暴风雨和腐蚀性盐的侵蚀，与此同时还得考虑很多其他因素，比如避免影响船只或遭到船只的撞碰、设备的耐水草和耐藤壶垢的能力、水下的维护和维修，以及不能对生态环境和海洋生物造成伤害。此外，还会出现一些政治问题。谁对远离海岸的海域享有所有权？当地的城市，当地的乡镇，还是拥有海岸巡逻队的政府？这类似于采矿权，一部分权利属于当地的所有者，另一部分属于州或联邦政府。那它们的权利范围能扩展到离海岸多远的地方？尽管存在很多复杂的问题，但这依然是一个很有前景的新兴领域。虽说世界范围内当前只有十几处潮汐电站或海浪电站在运营，但很多国家的政府、大学以及创业公司都看到了这个机会，已积极地投身其中进行科研，并开发试验区。

生物动力系统公司的生物水流项目就是使用新型涡轮机技术的一个例子。它从鲨鱼和金枪鱼身上受到启示，通过研究这两种动物尾鳍释放出的超凡推进力，把技术转化为实践。哈佛大学的布鲁克·弗拉芒发现，鲨鱼通过交替弯曲和摆直它的尾部肌肉产生漩涡，也就是在水中形成涡流，然后鲨鱼借助这股水球状轴承快速向前方滑行。经过全面分析鱼类的推进力，麻省理工学院的研究员和伍兹霍尔海洋研究所的同僚制作了一个金枪鱼机器模型，展现出了85%以上的推进效率，这个结果远远超过了普通轮船的螺旋桨（推进效率通常不足50%），即便是最好的推进器，其推进效率也只能勉强达到70%。

生物动力系统公司把尾鳍推进力的原则反过来运用，不是创造单个东西出来沿着浪潮的方向更有效率地向前游，而是计划制造一些外形似尾鳍桨的水电机组，让潮水顺着这些设备流过，从而产生250~1 000千瓦的电力。这个试验电站的装机容量是250千瓦，有很多组约50英尺高、66英尺长的尾翼，看起来就像个超级复杂的风向标，每条尾翼上都搭载着监控涌流（这里是水流而不是风力）力量的计算机，如果涌流过强，尾翼还能自动调整角度来释放压力。减少冲击力的破坏，就意味着没必要非常耐用，因此建造成本与竞争性的涡轮机叶片相比也就没那么昂贵。最近，生物动力系统公司从澳大利亚维多利亚州获得了超过1亿美元的政府资助，专门用于这个项目的开发。

生物动力系统公司研发的像鲨鱼尾翼的涡轮机组

阿布洛霍斯群岛位于澳大利亚西海岸的印度洋，由122个连成串的小岛组成。在结束肖尔岛的探险活动大约一年之后，我又一次登上巡逻船，在阿布洛霍斯群岛开启了另一段探险之旅，在那里，与一头座头鲸的近距离接触让我终生难忘，至今心有余悸。早上6点，我刚从船舱里爬上来，准备开始一天的航行，我的船长泰德突然大声喊道：“快来看我们船底游过的这条鲸鱼，简直太大了！”当我看到船底有两个庞大的身影时，立即大声回应：“快看它的尾部，好像还有一条幼鲸。”这是在阿布洛霍斯群岛比较常见的情况。“阿布洛霍斯（Abrolhos）”的字面意思就是“快看”，源于当年的荷兰籍领航员，他们误将澳大利亚北部东印度群岛的地理坐标标在这里，因此将其庞大笨拙的帆船队引了过来，最终全部触礁沉没。阿布洛霍斯群岛由一片面积达几万英亩^[3]的珊瑚礁和环礁湖组成，珊瑚礁顶部的岩石星星点点露出海面，勉强组成了这么一个群岛。我们抛锚停靠在一片大约4英亩、水深60英尺的环礁湖中，海水清澈透亮，能见度高的时候肉眼就能看到水下180英尺的地方。

此时，一头座头鲸游入了这片温暖清澈的水域，它可能是即将生育，也可能是想更好地保护它的幼崽。如果此时能与一头鲸鱼共同在海水中畅游，这种机会绝对可以称得上是千载难逢。虽说存在危险，但我认为自己必须下去，我心里清楚，这样的庞然大物只需稍微加速就能把我一下打发了。虽然心提到了嗓子眼，但我依然强装镇定，戴上面罩，穿上脚蹼，从船的一侧跳入水中，我竭尽全力控制自己的动作，尽量避免激起过多的水花，然后潜入水中，观察这头鲸鱼。伴随着自己氧气面罩中冒出的朵朵气泡，我屏息凝神，逐渐看清了这头母鲸。它像一辆巨大的巴士，在离我50英尺远的地方游动着，刚开始我并没有注意到它身后的幼鲸，随后才发现了这个跟在母亲身后的小家伙。此时，母鲸突然转过头来，朝着我的方向游了过来，幼鲸则安全地跟在后面。

我的心跳陡然加速，仅是这个庞然大物的体型就已经让人不寒而栗了。不过就在离我大约15英尺的地方，它改变了方向，转向了一边，瞪着眼睛在我身边安静地游过。我被看得神魂颠倒，彻底为它倾倒，我感觉自己完全暴露在它的面前，深陷它巨大而深邃的眼眸中。鲸鱼拥有一套丰富的语言，通过歌声表达，得益于水本身的不可压缩性，鲸鱼的歌声能传到很远的地方，与远在5 000英里之外的同伴交流。然而眼前这头母鲸采用了静默的方式，或许是为了保护幼鲸。在它游过的时候，我能清楚地看到附着在它皮肤上的灰白相间的藤壶丛互不相连，它身上长着修长的鱼鳍，前缘就像是飞机的机翼，鱼鳍上还长着一些不规则的大块瘤状凸起。这些东西和藤壶一样，在它流线型的身体上出现，显得颇为怪异、极不匹配。

绝不犯错

通过一次阴差阳错又略显尴尬的经历，高校科研人员弗兰克·菲什博士发现，鲸鱼鳍状肢上那些看起来奇怪的“错误”设计其实蕴含着大自然的独创策略，这种设计不仅能减少阻力，还能为它提供超凡的机动性。

作为一名流体力学家，弗兰克明白，尾部、后背和翅膀边缘的不规则形状能减小阻力和噪声。在他职业生涯早期的一天，曾在一家商店里看到一头座头鲸的雕塑，并且评论道：“你看这个东西，雕塑的时候把凸起的位置都放错了，应该放在鱼鳍的另一侧。”但是店主非常了解那位雕塑家，相信雕塑家不会弄错，尤其是对于座头鲸而言。所以她就向他保证说，凸起位置没有放错。经过与实物进行比对，弗兰克最终承认雕塑家是正确的。但是如果雕塑家是正确的，那就是流体力学错了。这就引导弗兰克更深入地研究，而当前，在宾夕法尼亚州西彻斯特大学的流体生命实验室中，他已经是鲸目动物鱼鳍方面的专家。

鲸目动物这个词来源于希腊词根“cetus”，意思就是“鲸鱼”，指的是海洋哺乳动物目，包含鲸鱼、海豚和鼠海豚。在把鲸鱼的外形转换为流体动力方面，弗兰克·菲什现在是世界顶尖专家。如果一架飞机爬升或转弯的角度很陡，空气的流动就会在它快速飞过的时候被机翼分离开来，这样飞机就会失去机翼的提升力，然后失速（技术术语）。良好的飞行需要气流贴着机翼，因为这个危险的失速会导致飞机从空中坠落。

座头鲸在看到一群鱼时，需要快速爬升并急速转弯，然后吞下一大团小型鱼群。菲什博士的研究指出，鲸鱼鱼鳍的不规则瘤状凸起起到的作用就像排水沟或沟渠一样，能够引导海水流过去，形成很多细小的漩涡。这些漩涡（或叫涡流）就是由它们身边的水形成的，但是水的旋转方式对鲸鱼而言有两层含义：第一，漩涡减小了鲸鱼的阻力，这跟鲨鱼的肤齿捕捉水流是同样的道理。凸起能产生一层薄薄的细小漩涡，然后推动鲸鱼向前游动，其作用有点儿像球状轴紧贴着动物的皮肤，由此大部分水都能顺利滑过；第二，这些小漩涡每一个都能降低自身的压力，流过身体的水都能紧紧地吸住鲸鱼，即便快速地滑过鱼鳍，也不会造成分离。这样就能帮助动物维持向上爬升的力量，即便是以非常陡峭的角度游动也能避免失速现象。菲什博士的研究结果表明，鲸鱼崎岖不平的鱼鳍与人们通常在飞机或风扇上看到的机翼形状或叶片形状比较起来，能提高8%的爬升力，增大40%的进攻角度，在水中能增强动物的游动能力和转弯能力。对工程师而言，他们从100多年来的航空分析和航空创新中受益，做出更好的设计。他们通过努力提高了40%的效率，这令人惊愕。而凸起也能降低30%的阻力，使它能更好地穿梭在海洋之中。

菲什博士再次证明，大自然能够颠覆我们的传统科学逻辑，并展示出远远超过人类工程力学想象的能力。他的研究成果已经取得了专利，现在正通过总部位于加拿大多伦多市的鲸能公司投入商业运营，他们把鲸鱼的凸起应用到风力涡轮机和大型风扇的前缘部分，用以提高能效和降低噪声。

鲸能公司成立于2006年，在随后的多年时间里，公司一直致力于风力涡轮机叶片的测试工作，这项工作虽然艰巨繁重却非常重要。公司使用的技术极具创新性，因此得到了加拿大安大略卓越中心给予的研发经费。最终产品不负众望，展现出卓越的性能，甚至大大超出公司工程学专家的预料。当普通叶片遇到速度时快时慢的阵风或者高速刮来的强风时，往往会出现损坏甚至折断的情况。传统叶片在面对野外变化无常的风速时，会时断时续地停止运转，空气通过叶片时，还会被切分成两段。鲸能公司的叶片在面对突如其来的阵阵强风时，依然能够平稳流畅地正常运转。就像在水中游动的鲸鱼，能够有效使用自己的鱼鳍，划出弯曲陡峭的美妙曲线。鲸能公司在风力涡轮机叶片的前缘部分增加凸起，从而最大限度地降低风速的变化对叶片的影响。凸起引导着空气的流动，降低其对设备造成的压力，并且能拓宽风速范围来发电，即便是在强阵风的情况下依然有效。鲸能公司推出了一款长达10米的原型叶片，并已试运行了6个月，加拿大风能研究所还对其效果进行了独立测试。鉴于鲸能公司的商业运作流程，该测试具体结果尚处于保密状态，但叶片在应对阵风和低风速时已经展现出新奇的特性，同时还能降低叶尖的颤振声和噪声。

鲸鱼的鱼鳍和鲸能公司的叶片

鲸能公司是由现任公司运营副总裁史蒂芬·杜瓦与弗兰克·菲什、比尔·贝特曼、菲尔·沃茨共同创办的。我与史蒂芬相识多年，自公司成立伊始，我就一直饶有兴趣地关注着这家企业的成长，观察它们如何克服前进过程中遇到的种种难题。最近我向他请教，能否向仿生学企业家提供一些具有启发性的建议，他的第一条建议是：要对为什么做这个项目、想做到何种程度有一个清晰的认识，然后像大自然一样能屈能伸、适应性强。他的员工甚至把他最欣赏的话语印在T恤上：“对每一个愿景来说，都有一个大小相等、方向相反的逆作用力。”第二条建议是做功课。深深地热爱科学，这样你就能区分出哪些想法不仅具有好的仿生性，而且有庞大的市场需求。

史蒂芬在职业生涯早期曾与加拿大广播公司合作制作广播节目。他后来还制作过几个电视节目，也很成功。再后来创办了一个光盘公司，叫光鼎激光科技公司。“那时我懂得了一个道理，就是不能相信来自大型公司的土匪们，”史蒂芬谈道，“他们会毁掉你的每一笔生意。”

试想，一个广播电视节目制作人、光盘生产商是如何投身于仿生学，并将鲸鱼身上的凸起应用到风力涡轮机上的呢？

“我对生物系统的物理原理如痴如醉。”他告诉我，“大自然是如何在头脑中始终保持传统的思考方法的，太不可思议了。当听说飞机的机翼很可能受益于鲸鱼皮肤上的结节时，我便开始追随弗兰克·菲什和他的同事劳伦斯·霍韦的脚步，之后发生的事情你都知道了。由于涉及飞行的安全问题和监管条例的问题，所以对我来说很难把鲸鱼身上的凸起应用到飞机的机翼上，或许还得再有一二十年才能上市，所以我建议我们应认真看待像风力机这样的旋转叶片。我们获得了政府拨款来改进现行的系统，每年提高20%的电力产能。”

鲸能公司很快就赚取了商业利润，之后陆续与世界上最大的风力机生产商中的三家签署了非公开的保密协议，但之后遭遇了“大萧条”，几乎已经开始的买卖就这样夭折了。

史蒂芬继续说道：“西部计划建造的风电场以及现行的风力机厂都停工了，大玩家都跑去了中国，因为他们发现中国政府愿意为新行业投资。由于可用信贷较少，建造的风场也很少，现有的玩家都不愿意为研发部投资，或者说不愿意改变他们的作业模式。”史蒂芬继续讲道：“如果说企业没有资金，政府也不拨款资助，那么一个国家还谈何发展新技术？我对发生在美国的紧缩政策和极端想法感到疑惑，紧缩政策就是共同自杀行为，这种做法让人很沮丧，这种想法也是有缺陷的。”

鲸能公司是由一小批投资人共同投资创立的控股公司，不接受公开募股。它坚持发展既定的商业模式，仅专注于授权许可，而不是成立一个大团队来做业务。公司把开支控制在很低的范围内，使用外部承包商来满足它们对特定项目的需要。为了把它们的技术商业化，同时自己还不用建造大型基础设施，它们便选择与生产风扇的Envira-North系统有限公司合作的方式，制造并销售一系列大容量、低转速的大型风扇，主要用于农业和工业。叶片的前缘采用了鲸鱼身上凸起的设计，减少了阻力，增加了稳定性，也提高了效率，空气被引导着穿过凸起，这样就降低了大多数高速风扇所固有的噪声和颤振声，却仍旧能产生同样数量的空气流动。

鲸能公司认真仔细地对待自己每一款产品的应用，保证它们的客户能直接从节能过程中受益。比如，农场运营商使用的大型农业棚舍，需要全年保持通风，使用节能风扇后就可以立竿见影降低成本。不但节约电能，还可以利用这笔快速回笼的资金，填补风扇采购和安装费用造成的亏空，此外，鲸能公司采用的天然设计还能够降低噪声，这对于附近的动物和居民而言无疑也是一份额外的福利。

风扇消耗了世界上20%的电力，所以对创新而言，这是个重要的机会。帕克斯公司下属的帕克斯风扇公司也是瞄准风扇行业，旨在应对同样的问题，只不过是从不同的仿生学角度入手而已。它通过整体考虑大自然的三维螺旋几何体来提高效率，尤其是对于小型风扇，前缘的凸起就不那么有效了。两家公司都主动调整自己，去适应大自然使用的那种涡流，也都在探索一套把它们的技术整合起来创造更高效解决方案的方式。

鲸鱼带来的好点子

海洋目动物是一群哺乳动物，它们曾在陆地上生活过一段时间，后又返回海洋。它们的鳍状肢其实是从前腿演化过来的，鲸鱼的骨架清晰地展现出了它远古陆地祖先的手指骨。

海洋目动物的骨架

大型陆地哺乳动物是如何进化成海洋生物的，这个问题一直深深地吸引着科学家们，几个世纪都不得其解。虽然最近在巴基斯坦出土的5 000万年前的化石填补了一些关键性空白，但仍未能完全将其解释清楚。科学家们知道，鲸目动物最初是栖息在陆地上的，因为它们有肺而且现在仍需要返回水面呼吸。更何况它们的骨头形状与陆地动物的四肢线条相同，它们的脊椎在运动时更像是哺乳动物在奔跑，而不像是鱼类在游泳。但它们是从何处遗传下来这些特点的呢？几十年来，人们认为它们的祖先是骆驼的远亲，有着4个蹄子和尖牙，因为一些鲸鱼的牙齿与尖牙有些相似，此外，远古陆地动物的听力结构多少类似于人们在想象当中介于骆驼和狼之间的动物。几年后，研究人员发现了缺失环节的化石，证明了鲸鱼、海豚和鼠海豚跟河马一样，其实有相同的祖先。这也有些道理：河马是一种体型庞大的哺乳动物，一生中大多数时间都在水中。几百万年前，由于家族的一个分支大多数时间都生活在能支撑自身重量的水中，所以体重也就进化得越来越大。几百万年之后，它们就像今天那样变成了一个优雅的泳将。

人类的捕鲸活动已经延续了上千年，到了20世纪60年代，很多物种都遭到了灭顶之灾。多亏活跃于世界各地的动物保护组织，海洋中的鲸鱼数量才开始有所增长，现在向鲸鱼学习的仿生学研究也开始走上快车道。鲸鱼的个体尺寸差别很大，最大的是蓝鲸，也是地球上存在过的最大的动物，长115英尺，重150吨；最小的则是小抹香鲸，只有11英尺长。有趣的是，由于身体颜色黑白相间而被人们熟知的虎鲸，其实根本不是鲸鱼，它的别名是逆戟鲸，属于个头最大的海豚。

鲸鱼分为两类：喙鲸和滤鲸，后者一口能吞一大群小鱼或是包含大量浮游生物的海水，然后顺着像梳子一样的僵硬鲸须把海水挤出去，将浓味鱼肉汤留在它们的口腔中。

鲸须

试想一下，张开嘴唇，咬住牙齿，用舌头把水挤出去，把牙齿当作栅栏圈住肉和蔬菜，留住满嘴的汤食。鲸鱼还需要清洁它们口中的余屑，所以它们必须进化出另一类冲洗程序，当它们潜到水下准备第二次浮到水面上去吞食时就会冲洗一次。

鲸须是一种奇特的材料，源于一种角质素——这种材料类似于指甲、毛发以及其他哺乳动物的四蹄。19世纪初，市场上的鲸须产品基本上都是塑料制品，用于制作女士的束腰装、圈环裙，以及用作伞骨、钓鱼竿、马车用的鞭柄和弹簧。

现在，南澳大利亚大学的科研团队受到鲸须的启发，已经开发出了一种高效、无须增压并且能自我清洁的分离技术，叫作鲸须过滤器，无须添加任何化学品就能达到25微米的过滤效果，该技术已申请专利。1毫米等于1 000微米。相比之下，人类的头发介于50~150微米，肉眼能看到最小长度大约是10微米，所以不添加任何化学品就能达到25微米的过滤效果是非常强大的。如果添加化学品，过滤效果能降到3微米的程度。正如鲸须把海水挤出口腔，并把食物留下来吞食掉一样，受污染的海水通过鲸须过滤器漏下去，过滤器再模仿鲸鱼的舌头来扫动鲸须，这样筛出来的固体就被冲入蓄水池（而不是进入鲸鱼的胃里），留待日后使用。鲸须过滤器输出两类东西——过滤后的液体和收集到的固体。

经过4年研究，鲸须过滤器公司于1999年在南澳大利亚州的阿德莱德市成立。当前，该公司已经把它的产品分销到了很多领域，鱼类加工、腌肉、养猪场以及其他食品和农业中。这种技术还能应用到其他领域，包含简化环保性可持续发展项目的废水处理，以及固体回收所带来的新应用，比如沼气发电、土壤改良剂、蚯蚓培养（蠕虫堆肥）、滋养耕地、制作油脂和蛋白质。鲸须过滤器能用无害的方式轻易分离液体和固体，由此公司在移动清洁系统和污染应急反应领域也发现了很多机会。

所有动物都在地球上存活了几百万年，每种鲸鱼应对生命的挑战时都会展示出一系列非凡的做法，每种都值得我们学习和应用，单就鲸鱼目这一类就能做出一整个包含专业设计知识和设计信息的图书馆。举个例子来讲，滤食类的灰鲸有巨大的舌头，重量占体重的5%——同样的比例在人类身上就相当于你的舌头有5磅重。研究员约翰·海宁根和詹姆斯·米德深信，鲸鱼的舌头还能起到巨型热交换器的作用，这个装置能调节温度。热交换器在很多行业中都被用作加热系统或冷却系统的核心部件，包括小型供暖器、汽车散热器、冰箱和空调。

所有须鲸或者说滤食鲸张开巨大的嘴吞食浮游生物时，它们也得吞下大量的冷水，尽管鲸鱼的身体有厚达18英寸^[4]的鲸脂保持体温，但它的舌头并没有这样一种保护层。大自然也不会让鲸鱼每吞下一大口海水就导致其基本体温降低，所以它的舌头就进化成一种巨大的肉质散热器，通过舌头内部复杂的血管网络达到这一效果，其结构如此排列就是为了预先冷却血液，把食物送到舌头的表面时还能为身体蓄热，以防被冷水刺激。这个过程之所以这么有效，是因为年轻灰鲸的舌头表面温度仅仅比周围海水高0.5摄氏度，这样鲸鱼就能有效地维持自己的体温。科学家正在研究这个技术原理，并将其应用到计算机、飞机、建筑物以及发电站的电子冷却系统和热交换器上。

有句老话：“失去健康，你将一无所有。”在美国，不断上升的健康成本已经成为经济和政治难题。心脏起搏器自发明以来已经在世界范围内帮助了几百万人，但是每个起搏器的安装费用都要高达5万美元，仅在美国每年就要使用30多万个，全球每年在起搏器上的总支出高达37亿美元。人类的心脏有10盎司^[5]重，通过6万多英里长的血管向全身供血。座头鲸的心脏有2 000磅重，它的血管长度是人类的4 500倍——有时每分钟只跳动三到四下，就能有效泵出约一个小型游泳池的血液。豪尔赫·雷诺兹和他的团队在哥伦比亚的鲸心卫星跟踪项目上，通过分析活跃的超声心动图、解剖死亡的鲸鱼验尸，发现鲸鱼心脏上的微观线状结构很特别，即使隔着大量与电流绝缘的鲸脂，电信号也能刺激心脏跳动。他们认为人类的心脏起搏器可以采用这种新型技术，从而降低生产成本。不需要电池，也不需要后续跟踪。既能节约国家健康预算，又能有力保证病人的健康。

1985年11月的一个晚上，湿度很高，爪哇海上伸手不见五指。我们正航行在从新加坡到澳大利亚的航线上。我们乘坐的帆船高50英尺，最起码应该在桅杆上亮起三色航行灯，但前一个晚上一道闪电击中了我们，导致轮船上整个电力系统短路，我们无法打开航行灯。当晚没有风，主引擎驱动着船体向前，我找到一个小手电筒，蒙上红色的玻璃纸后放到罗盘上，照明前方以掌舵。大约午夜时分，我回头看了下船后方，惊喜地发现，船尾有一大片闪耀的星光点点的踪迹，延伸出两三公里。随着螺旋桨转动时激起海水的翻滚（又称空穴现象），几百万个荧光生物闪闪发光。这看起来就像彼得·潘的幻想——这是我见过的最美丽、最壮观的景象之一。

生物发光（Bioluminescence）的意思是“生命之光”，的确如此，其特定的机制与许多物种不同，很多物种发光是为了存活或交配，而它总是从一个生物体上射出光线，这涉及有机分子的氧化效果。我们的螺旋桨有力地搅动着海水，其实是打开了它们的生物发光系统。

几分钟之后，我听到了海豚冲出水面排气时发出的嘶嘶声，我非常熟悉这种声音，随即跑到甲板，站到船头的锚架上，这里是从船头伸出来的一小片区域。当你站在这里，就会感觉到自己像是悬浮在海上一样。那是一种令人心醉的经历，尤其是海豚就在脚下约6英尺的地方跟着你一起跳跃着游动。

我们的船在航行中经常会遇到海豚伴游，多的时候会有四五十只海豚随着我们乘风破浪，在水中翻滚跳跃，有时能持续15分钟之久。当天晚上，当它们跃出水面时，身后拖出了瀑布般的点点光亮，随后再次进入水中，将空气和光亮带进水里，清晰地勾勒出它们水下潜行的曲线。我站在那里，目瞪口呆地看了几分钟，惊奇地发现海豚在进入水中几秒之后，身上的光亮就迅速消失，而在它们重新跃出水面后，这些光亮又会重现。我看着它们在水中玩耍嬉戏，暗自钦佩海豚的能力：不论它们游得多快，都能做到避免破坏发光生物体。于是我在想，我们能否采用仿生学的方法重新设计传统的轮船和推进装置，达到这样一种高效的运动模式？

湍流，也叫空穴现象，是轮船的推进螺旋桨产生的负面效果，这种现象源于旋转的叶片猛烈地搅动海水产生几百万个小气泡，这些气泡爆破后就能产生每平方英寸^[6]2万磅的压力。（轿车轮胎充气后只有每平方英寸35磅的压力，一罐可口可乐大约有每平方英寸45磅的压力。）事实上，这个爆发力的强度之大，能够使金属块从螺旋桨上脱落，最终彻底毁坏螺旋桨。我就听说过一艘轮船从美国到英国的首航，仅仅一趟，螺旋桨上损失的叶片价值就高达10万美元。

世界上各国海军肯定都会对那晚我看到的生物发光现象感到极为担忧，当代的降噪技术几乎能够让海军军舰在雷达上消失，但它们在水中无法控制发光生物体的跟随，长达数公里的亮光在晚上就会暴露军舰的踪迹，螺旋桨的强力作用让几十亿个细小生物体发生化学反应，如此一来它们就会清晰地暴露在敌人的卫星下。

那次航行之后的几年中，我一直都在努力探索，希望能造出一款水下推进装置，避免当初爪哇海整片水域被推进器带动发光的情况再次发生，我的付出也得到了回报，我设计出了一系列能在水、空气以及其他液态介质当中移动的装置。我还以海豚的超流线型身体为模型设计了两个系列的船只：“野性”系列和“卡普”系列。这些船只不仅灵活而且平稳，已经广泛地应用到从搜救到捕鱼，再到潜水和竞赛的各个领域。船体设计沿用了海豚和其他海洋动物减小阻力的方式，而浮筒则完全按照海豚和鼠海豚的身形等比例设计。

鲸目的启示

“野性”系列船只

做成卵状复合曲线的船体，无须加装厚重的内部支架就能非常牢固，而整个船体的重量仅仅相当于同类轮船的一部分。结合流线型设计，与传统工艺制造的轮船相比，燃料消耗就能够节约1/3。在20世纪90年代初，我们就建成并出售了几千艘“野性”系列船只，之后又与一家澳大利亚的风险投资公司合作，目的是在全球范围扩大生产和分销网络。

大自然中速度最快的物体几乎总是一成不变地拥有灵活自如的表面，但是轮船跟大多数人类技术制造出来的东西一样，通常都是木制外壳、玻璃纤维外壳或金属外壳。我们最近设计的船只“卡普”系列，也参照了海豚皮肤的特性。当动物需要减小阻力来加速爆发时，它的皮肤就会出现鸡皮疙瘩的形状，有点儿像高尔夫球表面的小坑。“卡普”系列的表面也是如此，不是闪亮的光滑型，而是采用仿生的减小阻力的方式，摸起来有点儿织纹的感觉。

“卡普”系列船只

海豚的家谱

海豚和它们的远房表亲、体型较小的鼠海豚都是惹人喜爱的海洋哺乳类动物，它们的体型大小不一，小的如毛伊海豚，只有4英尺长，大到30英尺长的逆戟鲸。海豚有40种，鼠海豚有6种，在所有熟悉它们的文化中，它们都在传说中扮演着正面形象。海豚和鼠海豚有什么区别呢？鼠海豚有平平的牙齿和短粗的鼻子，它们由此得名，英文名称来自中世纪的希腊文“Porcopiscis”，意思是“猪鱼”。

有趣的是，人们通常不把海豚和鼠海豚视作食物，不食用这两种动物，只有日本等个别地方例外，每年有多达2.5万只被捕食。人们认为它们拥有超凡的智商，具有爱玩的本性，喜欢与人类互动，甚至在某些民间传说中，它们拥有神奇的魔力。它们的游速、滑稽动作以及可爱的回声定位声波都让世界上的游泳者、冲浪者和潜水者们乐在其中。其实，海豚的口哨声、脉冲声、滴答声都是由身下喷水孔激发的肺泡所产生的，这些声音是所有海洋动物能发出的最大声音。宾夕法尼亚州信息与交流技术研究中心的一位科学家长期研究水下通信，并不是为了研究其发声原理，而是想找出一些制造更加有效的无线电信号的线索。穆赫辛·卡韦赫拉德博士使用多重速率的超短波激光脉冲（或称微波），模仿海豚的啾啾声来制作光纤无线电信号，这种信号有非常好的表现，能穿透浓雾、阴云和其他不利的天气条件。海豚声音的多重脉冲质量提高了信号在水中穿过障碍物的概率，卡韦赫拉德博士运用同样的方法模仿海豚的啾啾声，也提高了信号穿过雾滴、雨滴这类小障碍物的概率。这些新方法都能扩大光频宽以便携带更多的信息，这样的应用技术能够使天空和陆地间的交通工具获得最优的沟通效果，还能应用到医院病房、校园里的建筑物、应急救援小组以及城市的网络中。

德国Evologics公司从另一个角度利用海豚的声音，对海豚之间的交流系统进行了8年的研究，这家公司设计并制造出了水下音频调制解调器。它们这种大范围音频扫描技术即使在水下较为不利的环境中，也能有效传输音频信号，它基于海豚叫声的原理，将音频信号分为特定的频率，保证其能够远距离持续传播。根据Evologics公司的报告，这种装置在很多领域都得到了应用，包括远洋导航、地震监测等，每套设备大约耗资1.2万美元，目前已经装配在十多个国家。

如果你曾在船头或是在冲浪时看到过海豚，你就会知道它们游得多么轻松惬意，多么优雅自如，多么快速而高效。有几种海豚的游速能达到每小时25英里，它们能屏住呼吸长达20分钟，并且还能潜到1 400英尺深的水下。如果想要感受海豚如何离奇地示范高超的流体力学能力，那就上网搜几个关键词，比如“摆弄泡泡的海豚”“海豚和涡环”，你就能找到一些有关海豚的视频，在这些视频里，海豚通过喷水孔向外喷气，将气体吹成银环状，并让这些银环丝带状气流围着它们的脑袋和鼻子旋转，它们看起来就像是在玩水下呼啦圈。

海豚跟鲸鱼一样，需要很强的机动性来增加捕猎效率。然而海豚又跟鲸鱼不同，它们有鼻子，所以能够调整到各个角度，能更好地控制身体和水之间的相互作用。协和式飞机的飞行速度极快，并未记录其外形在20世纪70年代设计出来时的灵感来源，但工程师们还是注意到了鼻子的轮廓，它下垂的方式跟海豚鼻子非常相似，而海豚无论是在水里玩耍，还是腾飞起来跃出水面，它的鼻子都能提高其游动和跃起的能力。

海豚强有力的尾巴激发了工程师兼发明家泰德·恰米洛的诸多设计灵感，他设计出了人造海豚鱼鳍，将其命名为“鲸目”，这个脚蹼重2.5磅、宽42英寸。奥运会游泳项目奖牌获得者迈克尔·菲尔普斯即便是在个人的巅峰状态，游泳时身体前进的动力也仅仅是手臂和双腿产生的推力的4%，而海豚能把80%的能量转换为前进的推力。恰米洛穿上他利用仿生学设计的人造海豚鱼鳍，速度比菲尔普斯的最好成绩还快了一倍。他设计的鱼鳍不仅深受竞赛型潜水员的喜爱，还让美国海军陆战队的两栖部队受益匪浅。

另一项仿生实践是，鲍勃·埃文斯经过多年对海豚和金枪鱼的观察，创造了一种紧凑型潜水鳍，取名“强力鳍”。这种潜水鳍能提供极强的推动力，还不会让潜水员感到疲劳，现在全世界范围内的业余潜泳爱好者和专业潜水员都在使用。这些高效游泳装备的结构看起来都非常有机，甚至被陈列在纽约当代艺术博物馆的展架上。美国海军对这种潜水鳍做了4年的测试，还发现潜水员在使用强力鳍与使用其他竞争性畅销品牌的脚蹼相比，消耗的氧气要少。我们调查了200名潜水员，让他们预测哪种脚蹼效果最好，能让他们更省力。事实表明，我们的思维方式会把我们引入歧途，所有的参与者都认为最硬、最长的脚蹼会有更好的表现，然而结果却是更小、更具柔韧性的强力鳍完胜。

直到现在，人类还把自然界视作取之不尽、用之不竭的资源，无论是鲸鱼、鲨鱼，还是海豹、水獭，我们其实都是通过捕猎海洋动物，来获取它们身上有价值的部分。如今，尽管我们使用了很多塑料制品和合成物做的润滑油来代替鲸须和鲸油，但我们仍在不断地大批掠杀鲸鱼和其他海洋生物。即便如此，地球上剩余的动植物仍为人类提供真正取之不尽、用之不竭的资源，用于创造崭新的全球经济，切切实实地为创造财富和解决问题提供无限机会。这是企业家的梦想，就像本章中列举的鲨鱼和海洋生物的例子一样，它们只不过是数百种海洋生物中的两类，而这些海洋生物在新产品创造方面有几十亿美元的价值，同时蕴含着数十亿加仑^[7]的化石能源储量。就像伊冯娜·维尔克、弗兰克·菲什、史蒂芬·杜瓦、穆赫辛·卡韦赫拉德和安东尼·布伦南等人一样，很多科学家和商业人士都在探索新的发展机会，并且兴致盎然，他们都笃信自己正处在一个具有高价值和可持续发展的全新领域——很多人都认为这也是人类未来发展唯一可行的领域。

[1] 1磅≈0.454千克。——编者注

[2] 1加仑≈3.78升。——编者注

[3] 1英亩≈4 046.86平方米。——编者注

[4] 1英寸≈2.54厘米。——编者注

[5] 1盎司≈28.35克。——编者注

[6] 1平方英寸≈6.452平方厘米。——编者注

[7] 1加仑≈3.785升。——编者注