仿生科學「道法自然」 從水滴獲取靈感 破解著名科學難題｜研之有理
發佈時間：17:00 2026-08-15 HKT
《道德經》有「道法自然」之說，意指人類應順應萬物自然的規律，與天地和諧共生。仿生科學亦是如此，透過觀察、拆解自然規律，再把這些理論轉化為可落地的方案，從大自然中看似尋常不過的現象，尋找解決水資源、能源、環境等全球可持續難題的創新鑰匙。我與研究團隊秉持這科研理念，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。
無數微觀規律疊加結果
從仿生科學角度，地球可被視為一個巨型實驗室：自然界演變悠悠數十億年，可說是一場持久的「自然工程實驗」，能夠留存至今的生物結構、生態機制與環境循環系統，都是經過長時間演化篩選，沉澱出的最優方案，順應物理規律之餘，更實現節能、高效、節省資源的特質。
古有詩句：「盈盈荷上露，灼灼如明珠。」古人早已留意到露水清晨落在荷葉，會像明珠般來回滾動。這背後其實牽涉熱流體、界面張力與表面結構的協同作用：荷葉表面布滿納米級微小柱子，可以改變液體的附着行為，當水落下時，這些柱子會頂着水滴，令其能夠在上面滑動，引發自我清潔的排污效應。
又例如，水滴接觸燒得通紅的鐵鍋時，水不會瞬間氣化蒸發，反而像小珠子般懸浮跳動。原因在於鍋面溫度過高，水滴底部瞬間氣化，形成一層蒸汽膜，把水滴與高溫表面隔開——這就是著名科學難題「萊頓弗羅斯特效應」，它令液體難以直接接觸高溫表面，無法實現快速冷卻。
這些數不完的自然現象正是一項項仿生研究的起點，其重點不在於「照搬自然外形」，而在微米甚至納米尺度上，解讀現象背後所隱藏的物理機制，再「翻譯」成可應用技術——其實宏觀大自然的運行，本就是無數微觀規律疊加後的結果。
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科學原理到可持續方案
我與團隊深入剖析水滴於荷葉表面在微觀尺度下的流動與散熱規律，把相關機制「放大」到工程尺度，研發出仿效荷葉結構的材料表面。這種材料具極佳的疏水性，可用於防止金屬表面如飛機機翼、引擎積冰。
我們又拆解了「萊頓弗羅斯特效應」背後的物理機制，設計出一種具特殊微觀結構的新材料，它既有排走蒸汽的「排氣通道」，也有能抓住液體的「錨定結構」，有效抑制該效應，令在攝氏過千度的極端高溫下，水滴仍能在材料表面快速鋪展並實現冷卻。
大自然還有林林總總的秘密，仿生工程當然亦遠不止關乎高溫冷卻。尤其，自然界看似微弱的能量與微機制，其實可以被「翻譯」成低功耗、分散式系統的關鍵能源技術。我們就曾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，研發出強化版的「水滴發電機」；又成功複製真菌能以滲透吸水迅速蓄能、膨脹，繼而自行彈射孢子的現象，發明出具自主噴射機制的特殊表面，可用於能量收集。
「道法自然」的科研真諦，就是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。仿生與工程科學所研究的「自然」，不囿於外觀表面，而是深入現象背後，提煉出最前沿、最可驗證的機制，並進一步發展為可重複、可推廣的理論框架，將這些方法遷移到更多場景。
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「靈感」觸「法」：仿生科學使命
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——只要能提煉出可驗證的理論框架，「靈感」便可化為「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。
理工大學協理副校長（研究）、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授、機械工程學系仿生工程講座教授 王鑽開
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文：理工大學協理副校長（研究）、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授、機械工程學系仿生工程講座教授 王鑽開
本文標題原為〈「道法自然」：仿生科學推動可持續工程〉。
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