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去年,丰田的一项研究在社交媒体上爆火,转发超过130万次,很多人惊叹:“居然连这个领域都有涉猎?!”这项引人关注的内容,竟是关于猪笼草的研究。
究竟是怎么回事?带着疑问,记者实地探访,却发现丰田的研究室里满是叶子。
欸?!这令我们更加疑惑了。

我们此次探访的是由丰田集团共同出资成立的丰田中央研究所。
这里不仅致力于汽车相关技术的研发,还着眼于可持续发展社会的构建,在资源节约、节能环保、安全性提升等广泛领域开展基础研究。
大约十年前起,研究所就启动了“向自然学习”的项目,猪笼草研究便是课题之一。开头提到的满屋叶子,其实也与我们曾报道的“Genki空间®”有关。至于这个空间是什么?我们将会在本篇报道的后半部分为您介绍,内容相当有趣,请务必阅读到最后。
说来,研究所人员最初为何会研究起猪笼草呢?
丰田中央研究所 量子器件研究领域 主任研究员 町田悟

当初在寻找研究课题时,有人提议“大家一起去东山动植物园吧!”,于是团队就像学生远足一样,来了一次集体出游。
经园方人员介绍,我们接触到了这种带有圆鼓鼓捕虫囊的食虫植物——猪笼草。当我们将获赠的植株带回实验室后,立刻兴致勃勃地动手研究起来,又是切片,又是用显微镜仔细观察。
竟然如此粗暴地对待收到的礼物!(笑)但没想到,这个随性的举动后来竟带来了惊人的研究成果。
顺便科普一下,猪笼草在日语中读作“utsubo kazura”,其名并非来源于鱼类的“utsubo”,而是源于古代装箭的容器——“靭”,发音同为"utsubo"。这项“向自然学习”的活动还研究过许多其他课题,比如“壁虎的脚为何能吸附在墙上?”“四足动物的奔跑步态结构是什么?”等。
研究员中还有恐龙迷,曾关注过史上最大翼龙“风神翼龙”的骨骼构造。基于对生物骨骼的研究,他们甚至还研发了这样一把椅子。

该座椅在保持坚固度的同时成功实现轻量化,未来有望应用于汽车座椅。
当成年研究者像孩子们做自由研究一样全力以赴时,惊人的事情就这样发生了。记者原本内心嘀咕“这些人真有点怪”,但也不得不感叹:他们太强了!
让我们回到猪笼草的话题。在细致观察的过程中,研究人员注意到了某个奇特的结构。
丰田中央研究所 主任研究员 町田悟
我们注意到,昆虫会落在猪笼草的唇部并滑落进叶片,而这个唇部的结构非常精细。

当我们使用电子显微镜认真观察唇部表面时,发现上面有突起。而且,所有的突起都朝向同一个方向。
像右边这样放大看,会发现突起都朝着同一方向。
我当时就想:“这绝对有它的原因!”植物学研究者可能更关注“分类”,而我们这样的工程师则更关注“功能和结构”。
当我们改变角度进一步观察时,发现唇部是三维翘起的,其下方是空心的。
(左侧)突起(中间)改变角度的话,(右侧)下方会变成空心的状态。
分析团队经过细致研究后发现,如下方照片中的模型所示,这些突起像屋檐一样以锐角的状态伸出。到了这一步,几乎可以肯定它们具有某种功能。

这样一来,各个领域的研究人员都抱着“想解开这个谜题”的想法聚集了起来。表面科学领域的研究者提出:“想用滴管在这里滴水试试看。”下面展示相关实验视频。
从唇部的内侧向外侧滴水时,水会顺畅地流走。然而,从反方向滴水时,水会受到阻碍难以流动。也就是说,猪笼草的唇部使得水易于向一个方向流动,而相反方向则难以流动。
我们可能会以为是“突起下方的凹陷构造挡住了水流”,但实际上恰恰相反。水在需要翻越该处的方向上反而流动得更顺畅。这是为什么?
随着研究的深入,我们发现了一个令人惊讶的事实。
如下图所示,当水从“右向左”流动时,水流能轻松地翻越突起下方的凹陷构造,顺畅流动。

然而,当水从“左向右”流动时,表面张力发挥作用,导致水流无法向前。

在发现这一令人意外的功能后,所有人都兴奋不已!
虽然这本身已是一个重大发现,但町田提出:“我想制作一个重现这种结构的模型来加以证明。”这里的研究者们是一群不研究透彻就绝不满足的人。
然后,他们在人工制作的模型上进行了水流实验,成功地用相同的现象证明了这一点。他们准备充分后在学会上发表了成果。于是,就如开头所说,这在社交媒体上引起了巨大反响。
丰田中央研究所 主任研究员 町田悟

虽说都是猪笼草,但其种类超过百种,我把能买到的品种都买齐了。因为买了太多猪笼草,家人都觉得莫名其妙(笑)。
然而,在研究了众多品种后,我们有了新的发现。
尽管形态等方面存在差异,但我们发现它们“唇”的结构基本是共通的!而且,无论植株大小如何,“流道的宽度和角度”几乎都一样!

据悉,连植物学会的专家对此也感到惊讶,表示“之前并不知道!”。
不过,遗憾的是海外有团队更早一步发表了类似研究,据说他们感到非常懊悔:“没想到连这样的研究领域都存在竞争者,真应该更早推进这项研究。”
话虽如此,这项功能与结构未来或可应用于汽车后视镜等领域,该研究已成为一项能激发丰田集团各公司研究人员灵感的突破性研究。这种向自然学习的理念,也延续到了“Genki空间®”之中。
研究发现,叶片形状的差异会带来“提升活力”“治愈心灵”“增强专注力”等不同效果。
被宽大叶片环绕的会议空间,有望提升活力
满布圆润小叶,构成一处充满治愈气息、让人放松的空间
在办公桌装点细长叶片,期望能提升专注力
该Genki空间®已确定将引入位于品川的丰田新东京总部(计划于2029年开业,目前正在建设)。这正是能让人深切感受到基础研究重要性的事例之一。
最后,丰田中央研究所的村本这样说道。
丰田中央研究所 生物仿生设计研究领域 负责人 村本伸彦

生物历经数十亿年演化而来,必定存在能为人类的幸福助力的元素。
重要的是不能只有人类独享其益,而是要实现共生。而共生并非需要刻意强求。我感到,自然研究非常契合当今这个追求所有生物共存共荣、实现整体福祉的时代。
基于这种理念,大约十年前启动了“向自然学习”的活动。如今虽已更名为“生物仿生设计研究领域”,但其核心理念始终如一。
向生物学习,从中获得灵感,让我们的生活变得更加美好。这正是我们生物研究最根本的指导思想。
即便不能立即实现实际应用,也要广泛推进基础研究。这本身就将成为为社会创造新幸福的源泉。
这正是丰田集团特有的“基础广泛的研究”,我们期待着由此将孕育出怎样的未来!
| • | 因“跨界太广”而走红的研究 |
| • | 咦,这些突起是什么? |
| • | 表面张力不可小觑 |
| • | 不应只是人类受益 |


