力學(xué)仿生應(yīng)用：空氣動(dòng)力學(xué)——風(fēng)阻系數(shù)0.06的箱鲀

自1886年發(fā)明汽車(chē)以來(lái)，梅賽德斯-奔馳不斷以科技創(chuàng)新定義車(chē)輛的性能表現(xiàn)。基于力學(xué)仿生原理，空氣動(dòng)力學(xué)通過(guò)模擬大自然中擁有超低風(fēng)阻表現(xiàn)的生物形態(tài)，對(duì)物體結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)進(jìn)行性能優(yōu)化。

梅賽德斯-奔馳一直致力于空氣動(dòng)力學(xué)的仿生科技研發(fā)，早在2005年就發(fā)布過(guò)一款“仿生概念車(chē)”，它以獨(dú)特的仿生設(shè)計(jì)與車(chē)身結(jié)構(gòu)，帶來(lái)超低風(fēng)阻與超高能效。

為了打造“仿生概念車(chē)”，工程師需要在自然界中，尋找一個(gè)能夠有助于設(shè)計(jì)出擁有卓越空氣動(dòng)力學(xué)、安全舒適性、環(huán)保效能的車(chē)輛原型。通過(guò)大量的研究和篩選，最終，工程師在箱鲀（Boxfish）身上找到了靈感。

箱鲀生活在熱帶水域，雖然它的身體看上去四四方方還有些棱角，但是卻擁有極佳的流體力學(xué)屬性，具有理想的空氣動(dòng)力學(xué)外形。工程師根據(jù)魚(yú)身制作了1:1模型，測(cè)算出其風(fēng)阻系數(shù)僅為0.06。工程師根據(jù)箱鲀的流體線條，設(shè)計(jì)出“仿生概念車(chē)”模型，并進(jìn)行了一系列風(fēng)洞試驗(yàn)與輪廓優(yōu)化，最終聯(lián)合科學(xué)家打造出一款4.24米長(zhǎng)、可容納4人和行李空間的緊湊型車(chē)型，創(chuàng)造出當(dāng)時(shí)同級(jí)罕見(jiàn)的0.19超低風(fēng)阻系數(shù)。

結(jié)構(gòu)仿生應(yīng)用：輕量化與高剛度——骨骼是最出色的輕量化“工程師”

自然界中很多生物都具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。例如樹(shù)木和骨骼——它們都用盡可能少的材料，達(dá)到盡可能高的堅(jiān)固性。

在與仿生學(xué)專(zhuān)家的合作下，工程師通過(guò)電腦建模，將自然界中的生長(zhǎng)原理轉(zhuǎn)化為汽車(chē)工程?！胺律拍钴?chē)”的車(chē)身和底盤(pán)通過(guò)電腦進(jìn)行仿真建模，借助“軟區(qū)域清除”方式，其受力小的部位，材料被逐步減少至清除，高負(fù)荷部位的材料則進(jìn)一步加強(qiáng)。通過(guò)“軟區(qū)域清除”，“仿生概念車(chē)”的白車(chē)身重量減輕了約30%，而高水平的穩(wěn)定性、耐撞性和駕駛感受依舊超凡。

基于長(zhǎng)期的仿生學(xué)研究，梅賽德斯-奔馳打造出VISION EQXX概念車(chē)的仿生部件。在設(shè)計(jì)位于后底板處的目前梅賽德斯-奔馳最大的鋁結(jié)構(gòu)鑄件BIONEQXX?時(shí)，工程師從大量自然網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的力學(xué)形態(tài)與原理中汲取靈感，根據(jù)部件的功能需求，盡量在負(fù)荷部位使用承重材料，無(wú)負(fù)荷部位最大化減少材料使用，從而設(shè)計(jì)出高度輕量化的網(wǎng)狀仿生結(jié)構(gòu)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師借助3D游戲行業(yè)和好萊塢動(dòng)畫(huà)中使用的圖像和多邊形建模的數(shù)字仿真技術(shù)，快速確定BIONEQXX?一體式鑄件的負(fù)載位置，免去了之前以大量金屬鑄造來(lái)確定承重的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從開(kāi)發(fā)到成型僅用時(shí)4個(gè)月。最終，經(jīng)過(guò)BIONICAST?一體鑄造技術(shù)打造，BIONEQXX?能夠以極輕的單個(gè)部件內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能整合，而整體剛度與碰撞性能依然表現(xiàn)突出，重量也大為降低。

BIONEQXX?一體式鑄件與其它部件的拼接采用了42個(gè)UBQ創(chuàng)新材料貼片進(jìn)行封合，這一替代傳統(tǒng)塑料的創(chuàng)新材料由生活垃圾提煉加工而成，經(jīng)過(guò)幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，由3D打印制作成型，再通過(guò)特殊的粘合工藝，完美貼合于鑄件拼接處，進(jìn)行完全密封，從而有效防止水和污垢入侵，并帶來(lái)出色的剛度與隔音效果，部件重量更降低了15%到20%。

信息與控制仿生應(yīng)用：信息交互與神經(jīng)形態(tài)處理——像人腦般思考，像變色龍般反應(yīng)

生物間信息的傳遞也是仿生學(xué)研究的領(lǐng)域，梅賽德斯-奔馳將仿生學(xué)的創(chuàng)想應(yīng)用于科幻世界的交通場(chǎng)景中。

梅賽德斯-奔馳VISION AVTR概念車(chē)的設(shè)計(jì)結(jié)合了電影《阿凡達(dá)》中“潘多拉”星球生物的結(jié)構(gòu)和造型，以汽車(chē)后部的33個(gè)可多向移動(dòng)的表面元件打造出“仿生襟翼”，它如同變色龍的皮膚，使VISION AVTR概念車(chē)與其周?chē)h(huán)境實(shí)現(xiàn)了全新互動(dòng)。

這些“仿生襟翼”會(huì)對(duì)來(lái)自外部的接近做出反應(yīng)，并通過(guò)微妙與自然的變化與駕駛員進(jìn)行溝通。

在仿生學(xué)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，梅賽德斯-奔馳VISION EQXX概念車(chē)的交互執(zhí)行就如同人腦的思考過(guò)程，它以“神經(jīng)形態(tài)計(jì)算”來(lái)進(jìn)行交互指令的信息處理。相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)線性的信息處理方式，“神經(jīng)形態(tài)計(jì)算”如同大腦一樣處于全方位互聯(lián)狀態(tài)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理的元件或模塊構(gòu)建起“脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，信息指令被編碼成不同脈沖信號(hào)分散在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行高效同步處理，從而大幅提高車(chē)機(jī)的思維與反應(yīng)能力，并且能源消耗僅在脈沖信號(hào)出現(xiàn)時(shí)觸發(fā)，有效降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的信息處理能耗。這一形態(tài)恰與組成人腦數(shù)十億計(jì)的、相互連接的神經(jīng)元頗為相仿。例如，VISION EQXX概念車(chē)讀心語(yǔ)音助理的“熱詞感知”功能，其處理效率是傳統(tǒng)語(yǔ)音控制的5-10倍。

材料仿生應(yīng)用：可持續(xù)材料——仙人掌、蘑菇的“皮革”觸感

未來(lái)在車(chē)輛材質(zhì)上，梅賽德斯-奔馳將自然材料與設(shè)計(jì)作為首選，采用可持續(xù)或植物型材料，表達(dá)這個(gè)時(shí)代最難能可貴的環(huán)保責(zé)任與產(chǎn)品價(jià)值。

VISION EQXX概念車(chē)的門(mén)把手由Biosteel?纖維制成，這是一種高強(qiáng)度的生物科技材料，也是獲得認(rèn)證的可生物降解的純植物絲綢。

VISION EQXX概念車(chē)的座椅棱紋采用了名為Mylo?的可持續(xù)材料，這是一種獲得認(rèn)證的純素皮革替代品，由菌絲體制成，也就是蘑菇的根狀結(jié)構(gòu)。

動(dòng)物皮革替代品Deserttex?是一種源于仙人掌成分的可持續(xù)生物材料，由仙人掌粉末纖維及可持續(xù)生物基聚氨酯基質(zhì)組合而成，這種皮革替代品的觸感極其柔軟，打造出VISION EQXX概念車(chē)可持續(xù)的豪華質(zhì)感內(nèi)飾。

發(fā)展“自然技術(shù)”的仿生工程是梅賽德斯-奔馳創(chuàng)新之旅中的堅(jiān)定一步，致力于用可持續(xù)的方式，打造可持續(xù)的產(chǎn)品。

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