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《師法自然》『生物材料與仿生材料之研究現況與未來展望』
人類在漫長的歷史中，在日常生活中使用著各式各樣的器皿和工具，尋找製造這些器皿和工具的材料。有史以來，人類就與材料發生密切的關係，而文明的進步，更直接受到材料發展的影響。材料科學與工程之應用與研究，不但充分反映當代社會結構、經濟文化與科學技術，並且決定人類歷史的進化。依據使用材料的種類與性質，將歷史上劃分為石器時代、陶器時代、銅器時代及鐵器時代等。
20世紀初，人類開始人工合成材料的新階段，利用新的物理、化學方法，根據實際需要設計獨特性能的各種材料，包括金屬、陶瓷、電子與高分子材料。現今最熱門的材料依應用性分類可分為能源材料、綠色材料、資訊材料、通訊材料、奈米材料、生醫材料等。
材料科技發展自古以來便是促進國家安全、社會進步及人類生活品質的原動力。工業先進國家以政府力量資助材料研究機構，或獎勵企業積極從事材料研究，促使材料科技有突破性快速發展，不但成功地開發高功能半導體材料、超合金材料、精密陶瓷材料、高分子材料、光纖材料、感測材料、複合材料及生醫材料等等，更直接帶動電子、資訊、航空、通訊、建築、運輸、休閒器材及人工器官等新興產業之蓬勃發展。目前奈米材料的發展方興未艾，而其在生醫上之應用亦帶動生物材料的相關研究與開發。
藉著對最小粒子的瞭解，人類正走向征服物質之路。生物物質學家的研究對象雖然微小，其影響的範疇卻極其廣大。生物物質研究逐漸向外蔓延，吸收了愈來愈多其他領域的科技發展，整合了生物學、工程學、物理學、化學以及其他許多的相關學問。
Learning from Nature—人法地，地法天，天法道，道法自然
人類長久以來不斷地嘗試追求科技的極限，期望提供更加便捷的生活，但相較於現今的科學技術，大自然在解決問題時採用的方法常常更加簡易、直接且高效，「師法自然」一詞在過去十餘年間替無數工程師及設計者帶來了嶄新的思惟模式。
你可能不知道，野外常見的芒刺小針觸發了現今隨處可見的魔鬼粘設計；翠鳥流線型的鳥喙讓日本工程人員們有效地降低新幹線列車高速行駛於狹窄車道時的噪音問題；鯊魚表皮的高深寬比結構啟發了抑制細菌生長的表面工程，可應用於諸如病院硬體設施、不易受細菌感染的導尿管等；白蟻蟻穴藉自然氣流有效調節溫度的概念，為低耗能綠建築帶來了新的革命；蓮花出淤泥而不染，歸功於其葉面表皮奈米級的疏水性含蠟絨毛，替自潔防汙的建築外牆、汽車烤漆或消費性電子產品捎來商機。
近年來，仿生科學在許多先進國家已是政府大力補助的研發重點項目，但對國內學、業界或是一般民眾而言，此新穎概念仍處於萌芽階段。簡單來說，仿生學乃是藉由觀察、模擬自然界中各式不同生物與生俱來之獨特性質，包括其結構、功能或外顯行為等，甚至於體內引發之物理及化學過程，提供有別於傳統材料的設計途徑和系統架構的科學。
本次由國立清華大學材料系陳柏宇教授與加州大學聖地牙哥分校合作團隊受國際頂尖期刊─「科學」雜誌邀請撰寫之文章已於日前發表，有別於以往艱澀複雜的純科學理論模式，此研究內容以蜘蛛絲、海綿骨架、鮑魚殼、大嘴鳥喙、羽毛等各樣生物材料之卓越特性出發，循序漸進地釐清結構與其特殊強化機制間之關聯，期待在不久的將來可實際應用於仿生領域。
舉例而言，某些特定種類之軟體動物外殼殼層，如鮑魚等，對於施加外力或掠食者利牙之抵抗程度超絕群倫，剛開始時著實令人費解，因為其主要成分與構成粉筆之碳酸鈣材料幾乎完全相同，但其破斷韌性(材料抵抗一早已形成之裂痕成長的能力)卻為碳酸鈣之上千倍。鮑魚殼之所以能夠如此強韌主要與其內部結構為多層狀有關，此多層結構雖以同樣無機碳酸鈣板片作為基礎，但在層與層間卻以有機高分子薄膜接合，成為如同牆泥磚瓦般的穩定組成。當鮑魚殼遭受到極大外力攻擊時，此多層膜結構便可有效地使裂縫行進路線偏折，並藉由如同膠水般存在的高分子抑制碳酸鈣板片分離，防止內部生物體受到傷害。而今已有國外軍方研究人員利用了此種特殊結構概念，發展出金屬及陶瓷之複合多層防護，並成功運用於裝甲車上。
未來發展
人類的歷史循著工業化社會的發展成熟，再伴隨著資訊情報化社會的演進，而介乎其間的材料科技扮演著非常重要的角色。易言之，材料科技乃是製造文明社會的基礎構造的關鍵一翼。
世上所有的現象皆可由物質、能源及資訊組合而成，而如此組合的最後極致則是生命體。為了確保人類文明的持續發展，材料科技的開發必須以「人類、社會、環境與地球間的調和」為準則，重新學習自然及生命的新材料技術的演進，希望在人類文明社會的發展中，嶄新的材料科技開發可臻實現自然及生命的微妙境界，創造人類文明的另一種產業革命。
日本大文豪芥川龍之介的名著「蜘蛛之絲」，內容描述佛陀望以垂釣之蛛絲拯救芸芸眾生，看似警世的寓言故事，一旦成功釐清生物結構之關鍵強化機制後，則強韌的夢幻材料將不再只是空談。仿生科技在台灣踏出了讓世界看見的第一步，也冀望更多科學家及產業界能攜手踏入，為突破現有科學極限而努力。
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