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2016-09-01仿生與磨潤
561 期
Author 作者
李旺龍／成功大學材料系暨奈微所教授。
什麼是仿生學？
仿生學（Biomimetics）是指跟生物學習，學習它的長處，應用在能夠改善人類生活的科技。大自然經過長久的演化，存活下來的生物皆有所長，都有值得我們學習的地方；理解生物絕妙能力的根本道理，再應用到創新發明之處，不是完全的複製，過程中甚至會有許多驚奇，最重要的在於發展出對人類永續生存有利的科技及策略，而非開發出加速地球毀滅的科技。仿生學是不折不扣合法剽竊大自然的智慧，是老東西有新講法（New but Old），是天底下存在許久的新鮮事，是你不知道的早知道（Things you didn’t know you knew）。
會關注仿生學是指導教授翁政義老師在1998年間送給我《人類的出路—探尋生物模擬的奧妙》（Biomimicry：Innovation Inspired Nature） 一書， 開啟我的仿生之路。磨潤（Tr,ibology）是從1987年迄今的研究專長，而生醫磨潤更是與仿生密不可分。磨潤這個詞出生於1966年，泛指兩相對運動物體間的潤滑（Lubrication)、摩擦（Friction）及磨損（Wear）等物理現象相關的科學及工程問題，而對於沒有相對運動的物體間的黏附行為（Adhesion），也是可以列入考慮的。
生活當中的磨潤
傳日常生活中有很多磨潤的問題，例如：早上起床戴上隱形鏡片、刷牙、洗臉、刮鬍子等；隱形鏡片跟角膜及眼瞼間的相對運動，還有淚液當潤滑劑；牙刷刷毛跟牙齒間的相對運動，還有混著水的牙膏當潤滑劑及清潔用途；洗臉時毛巾跟皮膚的相對運動以及擠壓出的水膜，或是混著洗面乳的磨粒當潤滑劑；刮鬍刀跟皮膚間的相對運動，多了鬍膏會舒適些。我們所駕駛開的汽車，磨潤更是主要影響因子，雨刷片要密接且順暢地將玻璃表面清潔乾淨、引擎中汽缸與活塞（環）的相對運動、曲柄軸將直線往復運動轉為旋轉運動、變速箱中的齒輪嚙合、各式軸承等等都需要藉由潤滑減低摩擦係數，減少磨損及預防破壞。
漸開線（Involute）為數學上的方程式，假設齒輪不會變形。而齒輪在運轉中把不可壓縮的潤滑油（脂）拉進其嚙合面間，為了容納這微小的潤滑油體積讓潤滑劑能夠正常使用，接觸區就產生彈性變形，所以漸開線在接觸區附近是有點小瑕疵的。這跟我們咬牙切齒一樣，當上下牙齒緊咬時，還是可以前後左右移動，因為中間有層口水把牙齒分開；如果沒了口水，換成一般的開水當潤滑劑，那保證我們的牙齒將會磨損的非常嚴重，因為口水的性能遠優於一般的開水，所以我們對痛恨的人物絕對不能吐珍貴的口水啊！
而在相對運動物體間存在潤滑膜，由於滾珠螺桿或是軸承因其珠子半徑小，當然承受的應力（單位面積的受力）就比較大，如何確保珠子跟軌道間具有一層薄薄的潤滑膜存在，則是工程上很重要的問題；沒有了那層潤滑膜，乾摩擦或混合潤滑就會產生更多的熱，使得機件受熱膨脹，加工精細度就會跑掉；所以油商莫不努力開發能在不同環境下操作的油品配方。
生態系中的黏液
談完口水，講講我們的淚液好了，我們眨眼睛就是為了能夠鋪上一層淚液保持眼球的濕潤與舒適。漫畫中的學生常常為了明天的考試而今晚開夜車用功，但又怕眼睛闔起來，因而想到用牙籤撐開的方法，其方法當然是危險且不可行的。人如果眼睛一直張著，淚液蒸發後，眼球會產生乾澀感，那到底眼皮可以張開多久而眼球不會因為太乾而受傷？我們來做個實驗，弄一點口水鋪在桌面上，然後張著眼睛看著這濕濕的口水逐漸乾掉，而眼球還是依然濕潤沒有不適感，看來淚液是比口水不容易蒸發的。......【更多內容請閱讀科學月刊第561期】