從A到1的「仿生」智慧：一隻小蝸牛，啟發高大鍾宜璋的設計「超能力」

「阿門阿前一棵葡萄樹／阿嫩阿嫩綠地剛發芽／蝸牛背著那重重的殼呀／一步一步地往上爬……。」這首《蝸牛與黃鸝鳥》，是許多人童年記憶裡的旋律。但你是否曾想過：蝸牛背著厚重的殼，為什麼還能往上爬？這樣的本領，難道是某種「超能力」？

國立高雄大學化學工程及材料工程學系特聘教授鍾宜璋輕哼著旋律，在輕哼童謠的同時，拋出了這樣的問題。身兼健康及仿生科技研究中心主任的他，長年致力於「仿生技術」（Biomimicry）的探索與應用。鍾宜璋認為，科學不該只是實驗室裡的數據與儀器，更是一場對自然智慧的學習與轉譯。

他說：「發明並非從0到1，而是從A到1。」創新往往不是從無到有，而是從大自然中截取那些看似不相干的片段，重新拼接出新的答案。

國立高雄大學化學工程及材料工程學系特聘教授鍾宜璋
拍攝／馬藤萍

向自然看齊：仿生技術的第一課

鍾宜璋說，大自然是最懂得永續發展的設計師。經過數億年的演化，每種生物——無論是動物、植物或微生物——都發展出巧妙且節能的生存機制，不僅高效，還友善環境。而仿生技術便是以科學的方式觀察、理解與模仿自然界中的這些機制，最終轉化爲對人類有用的設計。

自工業革命以來，人類常以為能征服自然，依賴化石燃料提供能源，使用化學膠水與鋼筋水泥建造世界，貪求便宜、快速與利潤最大化，致使工業發展至今，已成了難以採煞車的生態災難。「但自然界的運作卻不如此，歷經數十億年演化，面對各種生存問題，動植物總能發展出一套平衡的解決之道，而非永無止盡的汲取、掠奪其他生命資源。」鍾宜璋感慨道。

他進一步舉例，當人類以人工合成的材料與結構建造城市與科技產品，卻也製造出無法回收的塑膠污染、對石化原料的過度依賴。甚至在日常生活中，也面臨「黏不牢」、「撕了會殘膠」這類難以解決的使用困擾。

但若我們回頭觀察自然，會發現許多答案其實早已存在其中：壁虎能在牆面和天花板上自如行走，不用吸盤或膠水，而是靠腳底一層層微米尺度的細毛，緊緊抓住表面的奈米凹凸；荷葉不會沾水，是因為其葉面結構讓水珠像珠寶般滾落，甚至能帶走灰塵。這些看似平凡的生物，各自都蘊藏著驚人的「超能力」，只要我們願意靜下來觀察。

對鍾宜璋來說，仿生技術的本質並不只是模仿，更是一種與自然對話的方式——用科學的語言，重新理解生命的解題邏輯。

荷葉的表面擁有特殊的微奈米結構，使水珠無法附著，形成著名的「蓮花效應」。這種自潔機制啟發了科學家開發防水、自潔與抗污染材料，是仿生科技的經典範例。
圖片來源／Wikipedia

一條膠帶，從蝸牛學來的黏著力

放眼自然界，蝸牛或許不是最吸睛的生物，卻擁有令鍾宜璋著迷的特殊能力。「這種在雨後常見的小生物，雖然柔軟，卻能背著重殼在垂直牆面上穩定前行。牠沒有腳趾、沒有吸盤，全靠一種來自身體底部的神奇黏性。」鍾宜璋眼神發亮地說。

傳統的膠帶追求「越黏越好」，卻總伴隨撕不下、殘膠滿手等困擾。但鍾宜璋從蝸牛身上看到了另一種截然不同的設計邏輯：黏住時牢不可破，移動時柔順輕盈，這種「收放自如的黏性」，是獨屬於大自然的智慧。「我們想開發膠帶的不只是『能黏』，更要像蝸牛一樣『既黏得住，也走得開』。」

他進一步解釋，由於蝸牛的腹足底下，有細緻如絲的奈米結構，加上牠分泌的黏液，形成一層「能量耗散層」（energy dissipation layer）。這層物質能吸收摩擦產生的力，且隨著壓力分佈調整接觸狀態，使蝸牛穩固附著於牆面並輕巧移動，甚至倒掛也不滑落。

透過獨特的黏著機制，蝸牛不僅能穩定附著於各種表面，還能承受較大的力矩與荷重，進而實現倒掛、垂直爬行等高附著力需求的動作。
圖片繪製／黃敬淇

鍾宜璋團隊受此啟發，模仿蝸牛的「黏住、移動、釋放」機制，以高分子材料與微結構設計，打造出可重複使用、無需真空吸盤也能穩定抓握的「仿生乾式膠帶」。他們利用AI模擬分析最佳的微觀圖案排列，設計出多層次的膠帶結構，讓膠帶在貼上時可產生密合效應，撕下時則順利脫離、不留殘膠。同時導入吸盤邊緣可變形的設計，能應對各類不平整或濕滑表面，大幅提升黏貼的適應性與穩定性​。

鍾宜璋驕傲地表示，這種仿生膠帶的黏著力可達2.8公斤力每平方公分（kgf/cm2），能廣泛應用於攀爬機器人、仿生夾爪、精密元件搬運等領域。在他看來，這種從自然中汲取的黏著力，正悄悄改變多個產業：在追求速度與精準的製造業中，仿生乾式膠帶可取代需等待固化的膠水和易殘膠的雙面膠，應用於自動化生產線的元件固定與組裝。而當這樣的黏著技術與機器人設計結合後，使得機器手臂或義肢更具人性化，能「抓得穩又放得開」，輕鬆夾持精密元件、移動紙張或撿拾不規則物品，甚至連翻書、數錢等細微且短時間抓放的動作都能做到。

更令鍾宜璋感到欣慰的是，仿生膠帶的設計也跨足醫療領域，被用作有助於疤痕治療的皮膚貼片。特別是針對蟹足腫（Keloid）患者，他們易因傳統矽膠而引起過敏，撕除時還可能刺激傷口。但鍾宜璋團隊開發的貼片，保濕、透氣、低敏又不殘膠，可避免傷口表面的水分跑掉、回縮或變厚，是敏感肌膚與術後患者的友善選擇。

在2019年的「未來科技展」上，鍾宜璋團隊透過吊掛腳踏車等各種物品，展示仿生膠帶的承重能力，並榮獲當年的「未來科技突破獎」。
圖片提供／鍾宜璋

把仿生科學，帶進教室

當蝸牛的黏著力成為高性能膠帶的設計靈感，並成功應用於攀爬機器人、仿生夾爪與皮膚貼片。這份來自大自然的智慧，不僅成為高階材料的靈感來源，也悄悄走進了教室。

對鍾宜璋來說，仿生科技的價值不只在產品發明，更應成為教育的一部分。讓孩子從觀察自然開始，培養設計思維與環境意識。於是，他將多年研究經驗濃縮為一系列「仿蝸牛超能材料」的教育實驗，帶著團隊走入中學課堂，在教室裡播下一顆顆科學的種子。

鍾宜璋喜歡從日常生活展開，講述水黽如何浮在水面上，帶著學生追問螳螂的腳如何穩固落地，甚至拿出早餐剩下的蛋殼與咖啡渣，製作可分解的光觸媒材料。這些取材於生活的教具，不但降低實驗門檻，更讓學生發現：科學，原來就藏在日常之中。

在中學課堂上，許多孩子都是第一次接觸仿生議題。鍾宜璋團隊引導他們觀察荷葉、壁虎腳與蝸牛腹足，從大自然中體會設計的奧妙——每個生命現象，都是創新靈感的起點。
圖片提供／鍾宜璋

他也會帶領學生，利用簡易材料動手製作仿生乾式膠帶：從觀察開始，透過蝸牛在透明板上的移動情形，學生可以清楚看見其腹足肌肉收縮的波動方式，以及黏液在行進間的分布。鍾宜璋引導他們思考：蝸牛沒有吸盤，為什麼不會掉下來？牠是靠什麼移動？接著進一步介紹蝸牛的黏著機制。

觀察之後，是動手實作階段。學生利用簡易矽膠模具與高分子材料，倒模出含有微結構的乾式膠帶。將其貼在掛鉤上後，進行「掛水瓶挑戰」，比比看誰的膠帶黏得久、撕得乾淨、還能反覆使用。過程中，學生實際感受到結構設計如何影響黏著力，也開始理解仿生科技中最基本卻又最難教會的一件事——設計邏輯。

在仿生技術的應用中，我們思考的不僅僅是功能性或美學，更是關於理解每一個自然現象背後的運行原理，透過觀察、科學和數據，將這些原理應用到產品與技術中。就像蝸牛的黏著力，並非單純模仿其外觀，而是深入研究其運作原理、機制和材料，最終實現一個能夠適應不同環境並具備高效能的設計。

因此，除了膠帶，鍾宜璋團隊也帶領學生仿照蝸牛黏液的特性，調製出「仿蝸牛膠水」。這種水膠原料中加入了金屬離子，在乾燥時封閉、潮濕時活化，模擬出蝸牛黏液的可逆黏著性。學生將這種膠水塗在自製貼片上，再透過吹風機模擬乾濕環境，觀察黏性如何隨環境而變化。

「當一個個自製掛鉤成功掛起水瓶、仿蝸牛膠水順利黏住又毫無痕跡地脫落，孩子們臉上寫滿的除了驚喜，還有一種從操作中獲得的深刻理解。」鍾宜璋希望這類課程，不只讓學生更加了解仿生技術，更是讓他們看見：一個被忽略的小生物，是如何透過溫柔卻堅韌的設計，解決人類從未深究過的環境挑戰。

拍攝／馬藤萍

「從自然出發，讓科技變得溫柔。」鍾宜璋相信，蝸牛教會我們的，不只是一種黏著技術，更是一種設計思維——大自然其實早已給出ABC，關鍵在於我們是否能看見、理解，然後完成那個1。

在他眼裡，世界上仍藏著無數尚未被解讀的自然密碼，能為我們提供解決現實問題的新方法。而仿生科技的真正使命，不只是發明新技術，更是讓人類學會尊重自然、理解自然，找到一個可長可久的未來。

 

採訪撰稿／李佳芳
攝影／馬藤萍
編輯／馬藤萍

 

研究來源
鍾宜璋（2021）。設計自然科跨領域的仿生實驗及應用：學習蝸牛超能力。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）
鍾宜璋（2018）。仿生表面黏著材料資訊系統之開發及應用。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）