发明家们常常从大自然中汲取灵感。他们的目标是模仿生物系统，从而创造新的消费品，或改进现有产品。例如，1941年问世的 魔术贴，就源于一位瑞士工程师的好奇心，他想知道为什么他带 狗 在树林里散步时，牛蒡种子会粘在他的外套上。如今，为了应对日益紧迫的 气候变化 问题，研究人员正在转向生物学，寻找减少排放和节约能源的思路。
慕尼黑工业大学（TUM）的化学家、森林科学家兼材料研究员 Cordt Zollfrank 认为，他发现了一个潜在的能源来源，可以把耗能的建筑变成节能的建筑：树木的球果。
松树、云杉、铁杉和冷杉等树木产生的球果，会自然地响应不同程度的湿度而张开和闭合，并且在此过程中不消耗任何电能。基于它们的机械特性设计的窗帘，可以根据湿度开合，并且在过程中不消耗能源，这将能节省大量能源。许多建筑物（以及住宅）使用电动窗帘或遮阳帘，它们需要插电或电池供电。
但这种方法还有许多潜在的应用——例如阀门和闸门，“只要有湿度变化的地方，比如在气候控制单元中，任何你想根据环境条件移动的物体，都可以应用到，”该校生物聚合物系主任 Zollfrank 说。
“节约和减少电力消耗是工业和社会面临的重大未来挑战之一，”他说。“节约电力意味着保护我们的环境，减缓气候变化。可持续建筑迫切需要新材料。”
“因此，一种能够移动但不需要电力的设备将非常受欢迎，”Zollfrank 说。工程、建筑和便利性方面的机械移动产品需要 动力源 来驱动。
根据国际能源署的数据，建筑是全球最大的能源消费者，占能源消耗的40%或以上。建筑的大部分能源用于供暖或制冷，因此，所需能源很少或无需能源的设备有助于减少这种消耗。许多建筑依赖电力驱动的气候控制系统，其中包括用于控制制冷和制热的移动式窗户处理装置。
来自慕尼黑工业大学、弗莱堡大学和斯图加特大学的一个团队正在开发一种基于松树和冷杉球果机械行为的系统。球果在下雨时会闭合鳞片以保护种子，在干燥时会张开鳞片以释放种子。球果的细胞壁由木质素组成，木质素几乎不膨胀，而纤维素则非常容易膨胀。它们的组织中的纤维在湿度高时向内弯曲，在干燥时向外弯曲。
“鳞片中的纤维素原纤维可以膨胀或收缩，并且以特定的方式排列在针叶鳞片中，”Zollfrank 说。“因此，我们正在尝试生成模仿生物原件的人工膨胀材料。我们还使用可再生资源来制造它们。”
科学家们使用的材料是纤维素，一种多糖，“是世界上最丰富的生物聚合物，”Zollfrank 说。“它存在于植物的细胞壁中，是主要的结构成分。在植物中，它通常伴随着其他多糖和木质素。纤维素通过纸浆化木材从木质纤维素中获得。因此，驱动装置（执行器）可以是纯纤维素或木材基的。所以这些材料是完全可再生的，并且可持续供应。”
这项 研究 最近发表在《高级材料》(Advanced Materials) 杂志上。
Zollfrank 和他的合作者已经成功开发出由两层材料组成的执行器，它们能吸收不同量的液体，并且行为非常类似于天然对应物。然而，在这些材料广泛应用于建筑之前，他们必须解决一个问题：细胞或组织越大，水渗透到内部所需的时间就越长。在松果中需要两个小时的过程，在建筑中却需要几年才能起作用。
但研究人员认为他们知道如何解决这个问题。
“整个鳞片由构成鳞片细胞组织的单个细胞组成，”Zollfrank 解释说。“水——也就是说，湿度——必须通过基于扩散的传输过程‘浸润/沐浴’鳞片组织，这使得过程缓慢。然而，单个细胞的作用速度会很快。所以想法是使用小的、微米级的、快速移动的单个细胞来制造驱动材料。”
作为一名材料科学家，他对他们的潜力感到乐观。“令人兴奋的是，这些运动的能量并非来自新陈代谢过程，而是完全来自物理机制和材料特性，”他说。
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
