[東部知識列車 – 活動側寫報導] 第七站 屏東女中:李旺龍教授 分享 『人定勝天?向大自然學習-仿生學』

「東部知識列車:我的學思之旅」系列演講 側寫報導

第七站 2012/5/09 屏東女中 
講師:成功大學材料系暨奈微所 李旺龍教授
講題:人定勝天?向大自然學習-仿生學

活動側寫(1):  劉東昕 [國立屏東女中 衛生組長 ]

仿生科技雖然對很多人來說是個新穎的題材,甚至是從未見過的東西。不過實際上,在我們身邊的資訊當中,就經常出現與仿生科技相關的內容,比方說:Discovery的節目、科學人雜誌或是科普相關的媒體都曾經出現仿生科技的內容,甚至一般新聞中有時也會出現一些片段,只是這些東西就如同仿生科技的根源一樣,離我們很近,卻經常被忽略。

工程與數學之差異

本次講座由成功大學李旺龍教授主講,主要對象為本校一、二年級學生。李教授在簡短的自我介紹之後,便逐漸將話題由成功大學之特色轉向學科方面的差異。李教授先由工程學與數學的差異開始談起,由於學生大多數的時間都專注於學科上,對於課程以外的知識較少涉獵,且一年級同學也尚未開始接觸大學的科系或者是思考自己未來的發展。因此李教授的這段解說能夠讓學生瞭解各個學科之間的差異性,尤其是在工程學和數學上面。也就是工程是容許一定的誤差的,而數學卻是精準的。這讓我想到小學階段大家都曾經學過的「冷縮熱漲」,工程上所使用的材料多半會產生這樣的問題,因此李教授特別舉例說明,各種材料在工程的運用上都必須說明「精度」,和數學的完全精確是不太一樣的。

電影誤導了我們

接著李教授告訴我們,工程當中的力和材料之間的關係,會受到物件的尺寸大小而受到影響。李教授舉出一本日本的科普書籍作為範例,內容有許多關於卡通或是影集當中的謬誤,這些大家習以為常的事其實在現實生活當中是做不到的,比方說:變成巨大的超人,或者是以人的型態進行超音速飛行等。在這之前我也曾經在其他地方看過類似的資訊,比方說:實際上隕石墜落地球的速度非常快,是以超音速的情況落下,因此看到隕石的人或恐龍根本還來不及逃跑隕石就撞擊地面了,根本不會出現驚慌逃跑的情況,而且因為是超音速的關係,實際上應該是先產生撞擊後才聽見隕石劃過天際的聲音。而李教授另外也舉出了電影當中經常出現的宇宙題材,事實上宇宙是真空的,因此星際大戰中的戰機在作戰的時候所射出的雷射光是不會發出聲音的,當然爆炸的時候也就只有看到火光而已了。因此在我們的生活當中,有許多習以為常的事實際上是錯誤的,甚至是被忽略的。李教授由這個部分帶領學生進入仿生科技的範疇中。

仿生生活

仿生科技這個詞彙在臺灣現有的媒體上比較少被討論,但實際上已經有日常生活用品是以仿生科技所製成的。李教授所舉的例子是「魔鬼氈」,魔鬼氈是一位瑞士工程師所發明的,他在觀察植物種子鉤附在人類的衣物以及動物毛髮上的情況之後,發現植物的種子是以成排的倒鉤來鉤住經過的人或動物。這項發明雖然看起來不是什麼了不起的大發現,可是卻是我們日常生活中不可或缺的一部份,有多少人會察覺到隨處可見的雜草居然隱藏著讓人類生活更加便利的科技呢?

而日常可見的蜘蛛絲和壁虎等小生物,其所依靠的力量雖然以人的角度來看是很微小的,但若將前面所提到的概念帶進來,把蜘蛛絲放大到人的尺寸,那麼將會成為相當堅韌的絲線,可用於各種工程吊掛作業或者是攀岩、垂降等活動上。因此我們從講座的內容當中可以知道,微小生物的力量不容小覷,只要深入進行觀察,再試著將生物界當中的「科技」轉移到人類生活當中,那麼說不定就可以開發出其他更為便利的工具了。

仿生的歷史

其實在人類的生活當中早就有許多「仿生」的概念被用在生活當中,比方說流體力學就有許多仿效生物的部分,如:船隻的流線型外觀即是,早期的船隻,比方說考古研究中所發現的諾亞方舟可能較為接近尼羅河上航行的圓形船隻,後來人類仿效魚類流線型的身軀,而有了現代船隻的外觀。另外,人類藉由觀察鳥類的飛行,進而察覺到空氣動力的存在,藉由翅膀上下兩邊空氣流速的不同來產生上昇的力量,再配上鳥類充滿空氣的骨骼,然後才有了現代飛機的發明。

仿生的未來

透過李教授所帶來的投影片和生動解說,除了能夠對仿生科技的內涵有更多瞭解外,也能夠讓學生對於仿生科技的未來有更多期待和想像。除此之外,也應對於自然界抱持著更加尊敬的態度,唯有維持生物多樣化,才能夠從中找到更多仿生科技的靈感,造福更多人類。

李教授風趣的以蜘蛛人為例解說仿生學的科技應用。

活動測寫(2): 吳俞欣 (屏東女中二年級學生)

5月10日這個演講時間,令人難忘,那是屏東女中期中考的前一天,在難得且備受期待的活動與我們都重視的考試之間,很多學生因此內心天人交戰,留下二年級對科學擁有熱忱、目標及正在探索性向的一年級部分學生。

帶給我們收穫的李旺龍教授
活動中具有知識與專業性卻不失熱絡,親切的李旺龍教授,分享個人經歷,拉近了我們與他之間的距離,輕鬆的話語,好像我們在聆聽一個故事,從中獲得了許多收穫。

高中就讀南二中的教授,不擅游泳的他,在學校有游泳考試的情況下,轉學到校風自由的高師大附中,也是第一屆的優秀學生。活動與學業的拿捏中,有部分同學取捨失衡而影響到了畢業時間。但班上仍有早早便保送大學的菁英人才,其中每個人擁有各自的強項,互相教導、協助學習,使同學們的能力大為提升。教授告訴我們,藉由教導別人,在說明的過程中,思維將重新流轉一遍,我們因此能更加熟悉也會明白待改進之處。教授也說明,在群體學習的過程中,彼此討論、分享,會讓我們學習效率提高且成果更好,我們都應該不吝教導他人,也應多多和他人討論。
旺龍教授與我們分享不斷往上攀爬知識與學經歷的過程,擔任講師的原因,更是能回溯至擔任成功大學奈米科技暨微系統工程研究所副教授時,所結下的緣。當時旺龍教授的目標是成為「教授」,因此兼任起研究中心的推廣組組長。為了促進國內科學傳播,教授參與了許許多多相關推廣活動,而本身擁有極大科學熱忱的教授更致力、用心協助科普的實行,希望原本艱澀的科學知識,除了課本上的教導之外,能讓更多人輕鬆了解也感受生活。

驚奇,我們不知道的早知道!
「您不知道的早知道」這個仿生學的標題,真的非常具其意義。我們看似離生活很近,但其實在與周遭的相處中,「生活」兩個字的應用,比我們想像中寬廣很多,甚至是我們從未注意或者忽略的,卻非常有影響與創造力。
一開始的驚奇,便是從旺龍教授分享在2004年暑假因國科會計畫項下的國際合作前往英國威爾斯大學Swansea分校開始,那段期間旺龍教授拜訪了許多名校與專家。其中以巴斯大學的仿生學教授Professor Julian Francis Vincent最令教授印象深刻,Julian教授是生物學博士待在巴斯大學機械系並擔任仿生及自然技術中心主任,從事仿生學的研究。旺龍教授告訴我們英國大學的教授制度與台灣不同,那裡的科系教授往往只會有一、兩個,教授都領導著一個很龐大的博士群共同做研究。在教授職位一位難求的競爭下,不懂力學與數學的Julian教授,仍然藉由觀察大自然的運作方式,來思考如何運用並從中獲取成果。就Julian教授的情況來看,不同方向的兩個研究領域,原來可以就理科本身的實踐,再搭配上生物學,即可產生更大的效益與可能性。旺龍教授也藉此提醒我們,現在的社會趨勢,多元化的結合非常注重,我們應該廣泛學習,才能擁有更多工具。(援引資料: http://www2.kuas.edu.tw/prof/dragon/solid/others/biomimetics-TRIZ.pdf)

大自然中的生物構造本身與生存表現,都是我們生活應用上很好的效仿對象。旺龍教授舉了很多例子,像是蒲公英的外型、蜂鳥快速拍打翅膀的能力,都能對飛機工業提供參考、學習仿造。而這當中,旺龍教授主要是向我們介紹「黏附」功能上的仿造,比方說:蝸牛、蛞蝓的腹足運動,蟑螂、蝗蟲等行走特性等。壁虎的運動則是生物中最神奇的,所依靠的是壁虎身體上奈米級的柔軟剛毛與物體接觸面上產生的凡德瓦力。透過對壁虎的了解,更是有許多研究的實行,盼能發展出「壁虎剛毛貼布」,對生活有更便利的效能。最後,旺龍教授告訴我們,儘管瞭解到生物的奧妙與精細,但還是有許多現代工業所無法完成的部分,仍需要藉由一次又一次的改進來獲得更多新的資訊。

值得萬分
很開心,因為對科學的求知慾及熱愛,我參與了這場演講。兩節課的週會時間,怎麼樣也不滿足。儘管旺龍教授的講義上仍有很多待分享的內容,來不及被我們了解,但在這場演講後,我的視野開闊許多,思考有了新的方向,帶了收穫並感到值得。開放問題的時間,教授更是熱絡、親近且耐心的解答,另外還加上了對於同學升學取向確認的叮嚀與建議,這些都幫助了懷抱熱忱或迷惘方向之中的我們,這是一場值得的演講,有很棒的講師,我又帶著滿滿的收穫向未來前進了。

演講後李教授細心回應同學們的大小發問。

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