原文作者：Lindsey Doermann

編譯：郭懌暄

編輯：悲催的鉈寶寶

審稿：Yuki

 

幾十年來，自然賦予了科技無數(shù)的靈感。曾經(jīng)，“鯊魚皮泳衣”助力成就了泳池神話，模仿壁虎爪子制成的粘性材料讓人們可以真正地“飛檐走壁”……人類在觀察自然的過程中模仿自然，以此創(chuàng)造出的新奇技術(shù)令人贊嘆。

 

但隨著我們發(fā)現(xiàn)自然的腳步越走越遠(yuǎn)，技術(shù)手段更新?lián)Q代，我們已不再僅僅停留在模仿自然的層面，而是通過更強(qiáng)大的方式“利用”自然，來回答人類世所面臨的各種問題。

 

  

菠菜爆炸探測器

 

追隨陽光的向日葵，機(jī)智的捕蠅草，敏感的含羞草，這些看似“不動”的植物一直在通過它們自己的方式感知著這個世界，也在向我們傳遞著信息。近年來，一個全新的領(lǐng)域產(chǎn)生—— 機(jī)器人植物園（cyborg botany） 。研究者們試圖將自然與技術(shù)結(jié)合，基于植物非凡的感受能力，制造出能夠?yàn)槿藗兲峁┉h(huán)境及其他數(shù)據(jù)的機(jī)器人。

 

2016年，來自麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師Min Hao Wong及其團(tuán)隊(duì)將碳納米管通過氣孔植入菠菜的葉子。當(dāng)植物通過空氣或地下水吸入微量爆炸品時，納米管就會發(fā)射出熒光信號。一臺對準(zhǔn)葉子的小型紅外攝像機(jī)可以捕捉到這一信號，并將其傳遞給與之相連的微型電腦樹莓派（Raspberry Pi）上。一旦信號觸發(fā)，系統(tǒng)就可以自動發(fā)出一封電子郵件進(jìn)行提醒。

 

（菠菜爆炸探測器 | Melanie Gonick/MIT）

 

在完成菠菜納米傳感器的開發(fā)后，Wong繼續(xù)探索拓展著這一技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。植物是非常敏感的，在農(nóng)民們發(fā)現(xiàn)干旱或病蟲害之前，植物就已經(jīng)可能對其進(jìn)行預(yù)警。目前Wong帶領(lǐng)的新加坡顛覆性和可持續(xù)性農(nóng)業(yè)精密技術(shù)（DiSTAP）研究中心正努力將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。

 

每一棵植物都有很多信息可以告訴我們，而我們正在努力學(xué)著如何獲取這些信息。

 

  

讓生物發(fā)光點(diǎn)亮城市

 

或許你還記得《少年派的奇幻漂流》中那片夢幻的海洋，夜空下海面泛起了淡藍(lán)色的熒光，迷人深邃。我們這種陸生生物對那些可以產(chǎn)生絢麗光芒的海洋生物癡迷已久。這種生物發(fā)光（bioluminescence）現(xiàn)象，激起了法國設(shè)計(jì)師桑德拉·雷伊（Sandra Rey）的好奇心，促使她把它們帶出了海洋。雷伊渴望讓生物發(fā)光成為陸地上的自然光源，制造出“活著的”燈，可以 不用電就發(fā)出舒服的光暈，從而 減 少 CO 2 的 排放 。

 

（海洋館中的水母| 拍攝：悲催的鉈寶寶)

 

為此，雷伊創(chuàng)立了Glowee公司并擔(dān)任CEO。Glowee的技術(shù)人員致力于融合仿生學(xué)和合成生物學(xué)，在陸地上制造出那些海洋之燈。他們將來自夏威夷短尾烏賊體內(nèi)的生物發(fā)光基因插入到大腸桿菌當(dāng)中，并對這些細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)。 通過對DNA進(jìn)行編輯，工程師們可以控制光的顏色、開關(guān)和其他功能。

 

為了讓這些生物光源可以亮得更久，技術(shù)人員需要照顧并喂養(yǎng)這些細(xì)菌來保證它們可以繼續(xù)生長。目前，科學(xué)家們已經(jīng)建立了可以持續(xù)發(fā)光六天的系統(tǒng)。此外，還開發(fā)出一種像魚缸的系統(tǒng)：只要你喂養(yǎng)細(xì)菌，它們就開始熠熠發(fā)光。

 

(生物發(fā)光或許將會用于服裝上 | Glowee)

 

形狀任意是Glowee研發(fā)出的燈的優(yōu)勢之一 ，不論是標(biāo)準(zhǔn)的路燈還是薄薄的窗膠紙，都可以塑造出來，因此它的應(yīng)用前景非常廣闊。目前這種燈壽命有限，恰好適合用于一些活動或節(jié)日場合。由于法國禁止商店在夜晚點(diǎn)亮標(biāo)志物或櫥窗展示，以降低光污染和節(jié)省能源，一些商店的店主非常期待能用生物發(fā)光的窗膠紙來裝飾店面。

 

雷伊還有一個宏大的終極設(shè)想，就是用這些有生命的燈在未來的街道上織出一張發(fā)光的網(wǎng)絡(luò)。隨著科技的進(jìn)步，能源利用率的提高固然有助于降低光所帶來的環(huán)境足跡。但對于世界上那些獲取電力仍有困難的地區(qū)，我們或許可以跳過電力光源，直接跨越到生態(tài)友好的發(fā)光體上，而雷伊正是從海洋中為我們找到了一個答案。

 

(有生命的燈在未來的街道上織出一張發(fā)光的網(wǎng)絡(luò) | Glowee)

 

  

蜜蜂物聯(lián)網(wǎng)

 

無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)用為農(nóng)民們帶來了極大的便利，他們可以在短時間內(nèi)獲取農(nóng)田的有關(guān)信息，極大地提高了生產(chǎn)效率。然而，無人機(jī)待機(jī)時間短，需要頻繁充電也成了它的一大弊病。來自華盛頓大學(xué)的工程師們正在試著為田間的熊蜂們安上微小卻強(qiáng)大的裝備，取代那些笨重的大家伙。

 

(研究者在田間工作 | Mark Stone/University of Washington)

 

曾經(jīng)有研究者嘗試制造模擬昆蟲的機(jī)器人，但復(fù)雜多變的風(fēng)向和有限的電量都帶來了極大的技術(shù)困難。這次UW團(tuán)隊(duì)則是直接利用蜜蜂類的力學(xué)優(yōu)勢：昆蟲們早已進(jìn)化出了應(yīng)對各種復(fù)雜情境的飛行方式，并且它們還可以不斷為自己供能。

 

為了讓熊蜂可以成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的工具，工程師們 將傳感器、數(shù)據(jù)存儲、記錄位置追蹤的接收器及一個可充電電池打包成一個102毫克的小背包安裝在熊蜂身上 。在它們進(jìn)行日常活動時，傳感器可以測量溫度和濕度，它們的位置可以通過無線信號進(jìn)行追蹤。當(dāng)它們回到蜂巢時，數(shù)據(jù)就可以自動上傳，電池則進(jìn)行無線充電。

 

(背著小背包的熊蜂 | Mark Stone/University of Washington)

 

團(tuán)隊(duì)將這項(xiàng)技術(shù)稱為活的物聯(lián)網(wǎng)（Living IoT）。它充分 利用了生 物學(xué)的優(yōu)勢來對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測 ，構(gòu)建一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，讓自然成為領(lǐng)路人。

 

  

預(yù)測火山爆發(fā)的綿羊和山羊

 

公元前373年一場大地震的前5天，羅馬作家艾利安（Aelian）曾記錄下了發(fā)生在希臘的奇異現(xiàn)象。老鼠、貂、蛇和其他生物都逃離了鎮(zhèn)子。當(dāng)動物學(xué)家馬丁·威克爾斯基（Martin Wikelski）高中階段翻譯這段古希臘和羅馬文字時，他第一次想到了動物可能具有某種與生俱來的能力，能夠感知到即將發(fā)生的災(zāi)難。

 

如今威克爾斯基成為了馬克斯·普朗克鳥類研究所國際空間動物研究合作組織（ICARUS initiative）的負(fù)責(zé)人。他通過給動物安上帶有GPS的標(biāo)簽來觀察動物的群體行為。他發(fā)現(xiàn)白鸛可以預(yù)警蝗災(zāi)的爆發(fā)，綠頭鴨的位置和體溫則可以作為禽流感在人群中播散的提示。

 

現(xiàn)在他正在通過對山羊的觀察來檢驗(yàn)“動物可以預(yù)知即將到來的地震和火山爆發(fā)”這個古老的觀點(diǎn)是否正確。當(dāng)然，這一觀點(diǎn)依然極具爭議，但對大事件發(fā)生前后進(jìn)行全天候的數(shù)據(jù)收集無論如何都會提供一些有力的科學(xué)佐證。

 

(常年生活在西西里島埃特納火山的山羊，它們對火山內(nèi)部活動有著敏銳的直覺。圖片來源：Lorenzo Blangiardi via Flickr CC)

 

2016年，意大利諾爾夏經(jīng)歷了一次強(qiáng)烈的地震，威克爾斯基立即為震中附近農(nóng)場中飼養(yǎng)的動物佩戴了項(xiàng)圈來監(jiān)測它們是否在余震到來之前出現(xiàn)任何行為異常。每個項(xiàng)圈中都有一個GPS追蹤設(shè)備和加速度計(jì)。通過這種晝夜不停的監(jiān)測，研究者可以觀察到什么是正常的行為，并且從中找到異常的數(shù)據(jù)。他們測量到了 在余震發(fā)生前的2小時到18小時前，動物們的運(yùn)動加速度都超出背景水平，距離余震震中越遠(yuǎn)的動物，越早出現(xiàn)“預(yù)警” 。目前他正著手發(fā)表有關(guān)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

 

此外，威克爾斯基希望進(jìn)一步了解動物們感知這些自然現(xiàn)象的機(jī)制。如果動物們僅僅是對地球晃動更加敏感的話，那么地震學(xué)家早就應(yīng)該解決了地震預(yù)測的問題。但事實(shí)上，在地震前處于高應(yīng)力的巖石會將帶電粒子從礦物中釋放，動物們所感知到的可能正是空氣中的這些電荷。

 

威克爾斯基還參與對環(huán)太平洋火山帶的動物進(jìn)行標(biāo)記，通過這個更大的網(wǎng)絡(luò)了解野外不同動物的行為模式，觀測何種“傳感器”可以預(yù)測自然災(zāi)難。與此同時，由于人類行為對世界各地的動物都產(chǎn)生很大影響，或許這張即將繪制出的 “動物互聯(lián)網(wǎng)”可以喚起更多對關(guān)心、愛護(hù)動物的支持，也帶來前所未有的價值 。

 

 

排版：陳小磚

題圖來源：Glowee

原文鏈接：http://www.anthropocenemagazine.org/2019/06/hacking-nature/（本文由storythings供稿）

菠菜成精了！它給我發(fā)封郵件，說菜園里有炸彈

圖文簡介

但隨著我們發(fā)現(xiàn)自然的腳步越走越遠(yuǎn)，技術(shù)手段更新?lián)Q代，我們已不再僅僅停留在模仿自然的層面，而是通過更強(qiáng)大的方式“利用”自然，來回答人類世所面臨的各種問題。