一顆柚子能夠帶來怎樣的啟迪?近期,寶馬研究人員及其合作伙伴給出了答案。寶馬集團主導(dǎo)的仿生學(xué)研究項目BISS（Bio-Inspired Safety Syste）取得新成果。研究人員花費三年時間,從大自然獲得靈感,研制出更輕便、更堅韌、更穩(wěn)定的新型材料,其保護性能提升了20%,可用于制造防護服、頭盔等保護裝置。
仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)。仿生學(xué)對汽車的發(fā)展起到了巨大的推動作用。寶馬集團是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新先鋒,在車輛設(shè)計、新材料研發(fā)和應(yīng)用上向大自然汲取靈感,在汽車設(shè)計和材料選擇等方面不斷推動行業(yè)進步。寶馬的研究人員曾經(jīng)借鑒馬的骨骼結(jié)構(gòu),研制出輕質(zhì)的車身結(jié)構(gòu);也曾模擬海豚和企鵝的身材,打造BMW H2R氫燃料概念車的流線外型,實現(xiàn)了極低的風(fēng)阻系數(shù)。
這一次,寶馬研究人員把目光投向了柚子,他們注意到,柚子即使從高處墜落也不會摔裂,果肉也幾乎不會受到損傷。這是因為呈蜂窩狀的柚子皮具有很好的抗沖擊性,而且本身自重很輕,相當于自帶減震效果。除了柚子,魚類和爬行動物的鱗片也引起了研究人員的興趣,層層交疊排列的鱗片可以將外力分散至周圍的鱗片,因此異常堅固,可以起到很好的保護作用。
以上生物模型所特有的保護特性本質(zhì)上由其分層設(shè)計決定。柚子皮的結(jié)構(gòu)在材料學(xué)中被稱為“拉脹材料”。這種材料應(yīng)對壓力的方式與傳統(tǒng)材料完全不同:在壓力點之下,傳統(tǒng)材料會塌陷和變薄,而“拉脹材料”則會更快地壓縮和硬化。所以這種材料在拉伸時實際上變得更厚,而不是更薄。
在BISS項目中,研究人員根據(jù)“拉脹材料”的原理結(jié)構(gòu),改進了目前纖維復(fù)合材料中的分層結(jié)構(gòu)和纖維走向,生產(chǎn)出具有卓越保護效果的新材料,開創(chuàng)性地將防撞、防沖擊和減震性能等功能結(jié)合起來。目前研究結(jié)果已經(jīng)超出預(yù)期,新材料比目前常用的材料更輕、更堅固、更穩(wěn)定,性能提升高達20%。這種創(chuàng)新材料能夠以經(jīng)濟的方式進行生產(chǎn)和加工,具備很好的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景。
這種創(chuàng)新仿生學(xué)材料未來可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域,以寶馬集團為例,這種新材料將制成更符合人體工程學(xué)原理的手套和防護服,更好地保護總裝線上的工人免受尖銳車身部件的傷害。新材料的輕質(zhì)和透氣則可以讓工人活動自如。此外,寶馬摩托車的頭盔未來也有望采用這種材料,用新材料制成的頭盔重量比市場上的傳統(tǒng)產(chǎn)品要輕便許多,卻可以提供相同等級的保護。
新材料的應(yīng)用范圍還不僅于此,參與此研究項目的體育用品制造商也從中看到了巨大潛力。未來,這種新材料還可以用于籃球和足球運動員的防護服,滑雪和自行車運動的頭盔和更多保護性的運動裝備。
寶馬集團一直走在科技進步的前沿,將創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的理念貫穿于產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和使用的全價值鏈。向大自然學(xué)習(xí),從大自然中取材,成為寶馬實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。
產(chǎn)品方面,以新能源車型BMW i3為例,這款車型的乘客艙大量使用碳纖維復(fù)合材料,開創(chuàng)業(yè)界先河。環(huán)保理念無處不在,如車門內(nèi)飾板由洋麻纖維制成;儀表盤的原材料來自歐洲認證種植園的桉木,而車內(nèi)使用的真皮則使用橄欖葉萃取物自然鞣制。寶馬認為,創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展將定義“未來豪華”。
生產(chǎn)方面,寶馬始終將員工的健康作為重要的創(chuàng)新驅(qū)動力,不斷改進生產(chǎn)技術(shù)。在今年開業(yè)的華晨寶馬新大東工廠,這樣的例子比比皆是:總裝車間設(shè)有翻轉(zhuǎn)工位,符合人機工程學(xué)設(shè)計,員工可以更舒適、安全地工作;還為特殊工位提供創(chuàng)新的機械外骨骼(無座座椅),向需要重體力操作的員工提供物理支撐,幫助員工降低勞動強度,提高生產(chǎn)率。 |
