破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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鬍立德

圖書標籤:

動物運動
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運動

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具體描述

水黽如何在水上行走？蚊子為什麼不會被雨滴砸死？
哺乳類動物的排尿時間都是21秒？魚死不能復生卻能夠遊泳？
讓搞笑諾貝爾獎得主鬍立德告訴你，這些看似怪異荒誕的研究主題也是嚴謹的科學！

　　★《富比士》雜誌2018年12本最好的生物類圖書選書
　　★《自然》、《科學》等國際期刊編輯盛讚

　　鬍立德曾以「為何大象和狗尿尿的時間一樣長？」、「為何袋熊的便便是方形的？」獲得兩次搞笑諾貝爾獎。儘管他的研究曾受到美國政治傢評為「浪費錢的研究」，他也無所畏懼，反而認為應該告訴大眾就算是聽起來荒謬古怪的研究題目，也可以是嚴謹的科學、對人類也都是有所助益的！這本書集閤瞭作者自身以及多位科學傢對動物運動原理的探索旅程，以推理小說般的方式敘述科學探究的過程，一步步解開動物運動的祕密。

　　花招盡齣！韆奇百怪的動物運動方式
　　為瞭在充滿各種障礙物的環境中生存，動物們奇招盡齣：水黽可以水上行走，砂魚蜥能夠沙中遊泳，而微小的動物最懂得以柔剋剛，抵禦碰撞。看似不起眼的身體構造和動作，原來都有巧妙的用途，讓我們一起用生物力學的角度欣賞動物運動的大智慧。

　　抽絲剝繭！破解動物運動的祕密
　　從亞特蘭大動物園到新加坡的雨林，隨著科學傢們上天下地與動物們打交道，探究動物運動背後的原理，從發現問題、設計實驗，直到謎底解開，喊齣「啊哈！」的驚喜時刻。想要知道動物排尿的時間得先去練習接住狗尿？想要研究飛蛇的滑翔得要先攀登高塔？意想不到的探索過程有如推理小說般層層推進、精采刺激。

　　師法自然！模仿動物運動的機器人
　　科學傢受到動物運動的啟發，設計齣各種功能獨特的機器人。靈感來自蟑螂的可壓縮機器人可以在縫隙中穿梭，將可能用於搜救行動；仿效螞蟻群體活動的小型機器人能夠集體閤作、自由組閤……來自研究者的第一手資訊帶你一窺仿生機器人的最新發展。

名人推薦

　　◆鄭國威｜泛科知識公司知識長
　　◆水豐刀｜閱部客創辦人、知名youtuber
　　◆所長｜怪奇事物所

專傢審訂

　　◆紀凱容｜國立中興大學物理學係副教授審訂、專文推薦

專傢好評推薦

　　◆林沛群｜國立臺灣大學機械工程學係教授
　　生物的奧妙，來自於和世界以及其相互間在時間長河上的互動與演化。美國喬治亞理工學院的鬍立德教授將多年來對生物運動和仿生機器人的探索和理解，以極為生活化的口吻，搭配說書的風格，娓娓道來，是一本好讀，又容易引起讀者興趣的好書。

　　◆楊曼妙｜國立中興大學昆蟲學係教授
　　相較於耳不聰、目不明、跑不快、極度仰賴機器設備活動的人類，許多動物顯然渾然天成地配備有「超能力」！本書作者藉由生活經驗與故事的引領，帶齣有趣的動物運動背後原理，為讀者揭祕。相信好奇的人們不僅可以從中得到滿足，更可以進一步獲得啟發，為人類仿生科技帶來創新的契機。

　　◆楊佩良｜美國喬治亞理工學院機械工程學係博士後研究員、2015及 2019 搞笑諾貝爾獎得主
　　從蚊子跟雨滴打太極拳，到火蟻群水上求生，研究動物忍術的科學傢，常常給人一種神祕感。怎麼發現這些動物忍者？如何研究動物忍術？在這本書中，鬍立德採訪瞭許多科學傢，生動地記錄研究動物忍術的幕後花絮，告訴讀者如何融閤對動物的好奇心與嚴謹的科學訓練，在幾乎一無所知的動物忍術世界中，大膽前行。

仿生學的前沿探索：模仿自然的高效運動係統與機器人設計探索自然界的運動智慧，驅動人與機器的未來革新本書深入剖析瞭自然界中一係列令人驚嘆的運動機製，這些機製在生物的生存、捕食和防禦中扮演瞭至關重要的角色。我們聚焦於那些看似違反物理常理，實則蘊含著精妙流體力學、材料科學和結構工程原理的運動模式。這不是一本關於神秘忍術的指南，而是對生物學、物理學和工程學交叉領域的一次嚴謹考察。第一部分：流體動力學的優雅範式——水麵運動的物理學水麵行走，是自然界中對錶麵張力、慣性力和動量轉移的完美平衡。本書將詳細拆解水黽（Gerridae）如何利用其疏水性的腿部結構和步態，在不刺破水膜的情況下實現高效、快速的移動。錶麵張力的極限與利用：我們將從分子層麵解析水分子間的內聚力，以及如何通過優化接觸角和腿部幾何形狀來最大化錶麵張力提供的支撐力。書中會包含詳細的數值模擬結果，對比不同腿部剛度對承載能力的影響。動態的步態分析：水黽的運動並非靜止的漂浮，而是一係列高速的“推水”動作。本書引入瞭高速攝影技術和流體力學軟件（如OpenFOAM）的分析結果，展示水黽如何通過精確控製槳狀運動産生側嚮推力，並抵抗由快速劃水帶來的不穩定因素。這部分內容將深入探討“非綫性動力學”在微小尺度運動中的應用。仿生學啓示：我們將分析當前水麵機器人設計所麵臨的挑戰，特彆是在負載增加和水體汙染環境下，如何藉鑒水黽的剛性與柔性結閤的腿部結構（如仿生“微型毛發陣列”）來提升機器人的續航能力和環境適應性。重點討論瞭如何設計齣具有自清潔和極端疏水錶麵的材料，以期在搜救、環境監測等領域實現突破。第二部分：結構力學與粘附的藝術——垂直錶麵的徵服從壁虎的無聲攀爬到昆蟲的懸掛能力，垂直錶麵運動展示瞭生物在材料科學上的非凡成就。本書將重點探討這些運動如何實現高強度、可控的粘附與脫離。壁虎足墊的範德華力應用：拋開所有關於吸盤或膠水的概念，我們轉而研究壁虎趾墊上數以億計的納米級剛毛（Setae）如何通過範德華力實現宏觀尺度的強大附著力。書中詳細介紹瞭Setae的幾何形貌（如端部分叉結構）如何優化與基底的接觸麵積和接觸角度，從而使單位麵積的附著力達到驚人的水平。動態粘附與分離機製：攀爬的關鍵在於“粘”與“脫”的效率。我們將運用接觸力學模型，解釋壁虎如何通過輕微的足部鏇轉或“剝離”動作，以極小的能量消耗實現高強度粘附的快速解除，這對於高速攀爬至關重要。這部分內容會涉及黏附強度隨濕度和錶麵粗糙度的變化規律。高分子材料與機器人抓取器：介紹目前最先進的仿生乾性粘附材料的研究進展。討論如何利用軟體機器人技術，結閤柔性基底和微結構陣列，設計齣無需動力輸入即可在各種復雜材料（如玻璃、金屬、粗糙岩石）錶麵進行穩定抓取的執行器。內容會涵蓋電驅動、熱驅動和機械驅動的仿生粘附係統的對比分析。第三部分：運動的效率與適應性——動物運動學的優化原理除瞭在特殊介質（水麵或垂直麵）上的運動，動物在復雜三維空間中的高效移動，也為機器人運動學提供瞭寶貴的模闆。多足運動的步態規劃與穩定性：以螞蟻和甲蟲為例，分析多足係統在不平坦地麵上的運動學約束和穩定性控製。本書將介紹機器步態生成算法，例如交替三足步態、波浪步態在崎嶇地形上的魯棒性錶現，以及如何通過調整腿部關節的剛度和阻尼，實現對地麵衝擊的有效吸收。跳躍與彈射的能量儲存係統：考察青蛙、跳蚤等利用彈性勢能實現高效遠距離跳躍的機製。詳細分析肌腱、韌帶等生物彈性元件如何充當“彈簧”，實現能量的快速收集與釋放，以及這在設計高能效起飛/跳躍機器人中的應用潛力。我們將引入生物力學中的“彈性能量迴收率”概念。環境感知與運動反饋：運動的精準性離不開實時的環境信息反饋。本書探討瞭生物體如何利用觸覺感受器、前庭係統等，實時修正運動軌跡以適應突發變化。這部分內容將與當前機器人視覺伺服和觸覺傳感技術相結閤，探討如何構建一個更具響應性的自主運動係統。結語：跨界融閤的未來圖景本書最終強調，對動物運動的深入理解，並非為瞭簡單地復製其形態，而是為瞭提取其背後的物理規律和工程原理。從水上浮力到納米級附著力，從步態優化到能量管理，這些來自自然界的“解決方案”，正成為推動新一代機器人、微機電係統（MEMS）和先進材料科學發展的核心驅動力。本書旨在為生物學傢、機械工程師、材料科學傢以及對未來智能係統充滿好奇的研究者提供一個跨學科的深度參考。

著者信息

作者簡介

鬍立德 (David L. Hu)

　　美國喬治亞理工學院機械工程學係與生物學係教授、物理係兼任教授，專長為生物運動力學。在博士期間利用力學與數學來解析昆蟲如何能水麵行走，研究成果曾兩度刊登於《自然》。至今為止研究過蛇的運動、動物排尿、蚊子的雨中飛行、蟻群如何建塔與造筏等多樣原創性主題，相繼被許多知名雜誌、網站如《國傢地理雜誌》、《紐約時報》等以專欄報導。獲獎無數，其中包含美國自然科學基金會CAREER獎、搞笑諾貝爾獎等知名獎項。並多次受邀擔任電視節目嘉賓，對於科普教育推廣相當活躍。

審訂者簡介

紀凱容

　　現任國立中興大學物理學係副教授，研究專長為比較生物力學、功能形態學、仿生學。就讀臺灣大學動物學係時，便嚮往運用力學原理來瞭解生物身體構造的功能，畢業後赴美國杜剋大學動物學係攻讀博士，開啟生物力學的探究。迴臺任教後緻力於推廣生物力學與仿生學，在中興大學創講授動植物生物力學之先，也經常受邀參與各種科普講座。

譯者簡介

羅亞琪

　　畢業於輔仁大學跨文化研究所翻譯學碩士班。興趣廣泛，對文字、語言情有獨鍾，譯作包括《猶太教四韆年》、《一草一天堂》、《攀樹人》等。

圖書目錄

引言動物運動的世界
第一章水上行走
第二章沙中遊泳
第三章飛蛇之形
第四章睫毛與鯊魚皮
第五章死魚遊泳
第六章雨中飛行
第七章大腦主宰
第八章蟻群是流體還是固體？
結語動物運動學的未來

圖書序言

ISBN：9789571467832
EISBN：9786263072411
規格：普通級 / 初版
齣版地：颱灣
檔案格式：EPUB流動版型
建議閱讀裝置：手機、平闆
TTS語音朗讀功能：無
檔案大小：3.0MB

本書分類：自然科普> 動物/植物> 概論

圖書試讀

推薦序

師法自然的武功秘笈：仿生設計的永續靈感搖籃

國立中興大學物理學係副教授紀凱容

　　我和本書作者鬍立德 (David L. Hu) 教授結識於2007年，當時邀請他來臺灣，擔任第一屆生物物理研習營的講者。2015年，他和門生楊佩良博士探討為什麼大象和狗狗尿尿的時間一樣長的「21秒排尿法則」研究，獲得搞笑諾貝爾獎 (Ig Nobel Prize) 的「殊榮」，而今 (2019) 年，他們再度獲獎，主題是：「袋熊的便便為什麼會是立方體？」

　　這些乍看令人發噱的研究主題，其實內容同樣地令人驚豔，在學術界得到不少迴響。但是有的政治傢顯然不太喜歡這麼「重口味」的研究，2016年美國政治傢評選的「最浪費國傢經費的二十項科學研究」名單中，鬍立德教授與他的團隊就貢獻瞭三項。不過這些批評並沒有打擊這個好奇又無畏的科學傢，反而讓他意識到的確有必要嚮社會大眾（也包括那位政治傢）說明為什麼動物學研究值得投資：因為能促進人類福祉。怎麼說呢？

　　自古以來的「師法自然」思維在21世紀有個新名字，就叫做「仿生學」(Biomimicry)。倘若能破解生物生存適應的法則，就有機會突破當前科技發展的瓶頸。人類喜歡看會動的東西，也喜歡製造會動的東西，看到其他動物「異於常人」的運動能力，便想運用在機械設計上，提昇工作的效率。在機器人學與人工智慧蓬勃發展的今天，「動物如何運動」便成為當今科學界潛心探究的對象。而這本書談的，正是動物運動學與未來機器人的交會。

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　　動物運動學是「生物力學」(Biomechanics) 的分支，即便我們沒太多機會上正課，但這肯定是日常生活中最有感的「實驗課」：每天睜開眼睛、翻身、起床、走路、如廁、覓食… 這一連串的肢體動作，都涉及力的作用。每當進行科普演講，與來自不同背景和年齡層的聽眾分享生物力學的故事時，常會得到以下的提問或迴饋：

　　「如果小時候的物理課（或生物課）這麼上，我就不會那麼怕物理（生物）！」
　　「那麼多有趣（奇怪）的研究靈感怎麼來？」
　　「有沒有推薦的中文科普書？」
　　而今，《破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人》這本書正好可以同時迴應以上的問題與需求。

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　　這不是一本科學傢傳記，而是許許多多的小傳。作者將科學傢的麵貌從幕後移到臺前，以偵探或冒險小說手法，帶領讀者身歷其境：喜歡釣魚的大男孩，如何成為死魚居然會遊泳的發現者？離鄉背井赴美深造的印度理工學院學生，如何開始研究蟑螂，進而設計齣耐壓的微型機器人，好穿梭在地震災區的瓦礫間，尋找生命跡象？邊讀邊讚嘆「小強真強！」，但同時也發現牠們還是有罩門的。剛完成水黽研究的新科博士生，如何轉而玩起蛇來？這是2007年沒能當麵問作者的問題，也在書中得到解答。作者仔細描述蛇鱗的精妙，並用滑冰來比喻蛇的運動，讓我再度卸下對蛇的恐懼，以美學和生物力學來欣賞這群神奇的動物！

　　飛蛇如何在空中「遊泳」？砂魚蜥如何在流沙中穿梭自如？蚊子如何不被雨滴給撞飛？火蟻大軍又如何越獄？… 故事情節有如偵探或冒險小說，疑惑與意外接連，直到終能破解謎題時的「啊哈～」時刻。書中有許多「史上第一迴」的裏程碑，也有「居然可以這樣用！」的驚嘆，另外。此外還有，諸如研究人力哪裡找、跨領域團隊怎麼閤作、市麵上沒有閤適的儀器設備怎麼辦、如何跟怪奇動物打交道、社會有什麼資源… 等給本行學術人的求生指南。這些不隻是有趣的動物運動學故事，也往往能解決當今的工程或醫學問題，促進人類福祉。

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　　有別於其他動物運動學相關書籍，本書不以生物類群或運動模式等錶象來分類，而是以所涉及的物理學原理區分章節，這有助理解物理學在探討生物係統時的廣用性。讀者將與歷史同行，見證邁入本世紀之際「動物運動」如何開始吸引更多工程或物理學傢，共同尋找節能與高效率的新方案。在受到生物啟發的同時，工程學傢所提供的構想與技術，也成為復興動物運動學的轉捩點。無論是相關領域的初心者，抑或是教學/研究者，都能從書中得到啟發。

　　一本好的科普書是窺見新天地的一扇窗，是能引領我們從未知到著迷的啟濛老師。對跨領域主題而言，除瞭內容有趣外，科學知識或概念說明的淺顯易懂，並提供參考文獻來滿足讀者的求知慾，也不可或缺。這本書符閤這些要件。

　　閱讀本書時，難免會因生活經驗的差異而影響對書中情境的想像，建議讀者直接拜訪書中科學傢們的實驗室網頁，或運用關鍵字，來查看相關影像。在臺灣，市麵上的動物運動學教材不多，這本書適閤作為導讀，用以引起學生的興趣，也同時複習（或情境式學習）物理學的基本概念和原理。

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　　「最美也最奇妙的無盡之形，仍持續演化中」(…endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved.)，達爾文在《物種起源》一書如此作結。

　　因著演化齣的構造與功能，萬物纔得以從生存競賽中齣線，其中有感官上的美與感動，也有因跨領域科學帶來的讚嘆與啟發。唯有保護生物多樣性，這本師法自然的武功祕笈，纔能成為仿生設計的永續靈感搖籃。

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書的定位似乎非常明確：它瞄準的是那些對生物學、物理學有興趣，同時也對科技前沿抱有熱情的人。從「水上行走」到「飛簷走壁」，這兩種極端的移動方式，剛好涵蓋瞭液體介麵和固體錶麵的極限運動。我比較好奇作者在處理這些課題時，會不會引入一些比較前沿的研究成果，比如奈米科技在仿生材料上的應用，或者高分子材料如何模擬動物皮膚或腳掌的特殊紋理。畢竟，要複製動物的極緻運動能力，人類的材料科學必須有突破性的進展纔行。例如，壁虎的腳掌有著複雜的微米級結構，這種結構如何產生強大的附著力，同時又能輕鬆脫離錶麵，這背後涉及到非常精密的錶麵物理學。如果作者能夠清晰地圖解這些微觀結構，並說明它們如何被工程師模仿，那這本書的實用價值和知識密度就會大大提升。我希望看到的是那種「喔！原來如此！」的頓悟感，而不是一堆無法消化的學術術語堆砌。

评分☆☆☆☆☆

這本書名中的「忍術」二字，用得實在是太巧妙瞭，它帶有一種神秘色彩和東方哲學的韻味，讓人忍不住想一探究竟，它給人一種「非人力所能及」的既視感。我猜測作者的寫作風格應該是充滿熱情且極富畫麵感的，畢竟要描述水上行走和飛簷走壁的場景，如果沒有豐富的描述力，很容易寫得枯燥乏味。我個人非常看重作者的敘事節奏，希望它不是那種平鋪直敘的教科書式寫法。或許作者會用類似「偵探解謎」的方式，提齣一個現象（動物如何達成某項特技），然後層層剝繭，引導讀者發現背後的物理機製，最後拋齣科技應用的可能性。這種懸念設置和解謎過程，會讓閱讀體驗變得非常享受。總結來說，這本書如果能做到「知識性」與「趣味性」的完美融閤，讓我在讀完之後不僅能跟朋友炫耀「原來水黽是這樣走路的」，還能對未來的機器人發展方嚮有更深層的理解，那麼它絕對會是我今年書架上最值得擁有的那一本。這種結閤瞭自然奇觀、硬核科學和未來想像的書籍，實在是太對我的胃口瞭。

评分☆☆☆☆☆

老實說，市麵上關於動物行為的科普書不少，但真正能把「運動」這個主題深挖到底，還能連結到「未來機器人」願景的，卻是鳳毛麟角。我比較在意的部分是，作者是如何拿捏學術深度與大眾閱讀之間的平衡點？畢竟，像「水上行走」和「飛簷走壁」這種聽起來像是科幻電影情節的描述，背後的原理涉及的可能是流體動力學、錶麵張力、分子間作用力，這些東西如果寫得太過艱澀，一般讀者可能看到一半就想闔上瞭。但如果作者真的能成功地將這些硬核的物理概念，透過動物的例子來「翻譯」成我們能理解的語言，那這本書的價值就不可估量瞭。我特別好奇的是，在談到機器人應用時，作者會不會介紹一些現有的仿生機器人案例，比如模仿壁虎腳掌結構的吸附裝置，或是能快速移動的機器昆蟲。這類「從自然到科技」的轉化過程，往往是最引人入勝的。我希望這本書不隻停留在描述「動物能做到什麼」，而是能更進一步探討「人類如何從中獲取靈感，並將其應用到工程實踐中」，畢竟書名都暗示瞭未來的機器人發展方嚮，如果能看到具體的技術藍圖或思考方嚮，那就太棒瞭。

评分☆☆☆☆☆

以一個颱灣讀者的角度來看，我們社會在推動科技創新和環境永續的議題上越來越重視，而「仿生學」正好是連接這兩者的絕佳橋樑。這本書若能成功地將動物界頂尖的運動能力「模組化」並展示給讀者，那它就不僅是一本科普讀物，更可能激發新一代的工程師和設計師的靈感。我特別想知道，作者是如何組織這些案例的？會不會是按照動物分類來介紹，還是按照運動原理來區分？如果能有係統地將「滑行」、「攀爬」、「跳躍」等基本運動模式拆解開來，然後對應到不同的動物解決方案，這樣閱讀起來會更有條理。更重要的是，我非常期待在書的後段能看到對未來影響的宏觀探討：當我們能製造齣能像壁虎一樣攀爬高樓的機器人，或是能像水黽一樣在水麵上快速偵察的無人載具時，社會結構、救援任務乃至於軍事應用會產生哪些根本性的改變？這種對未來科技倫理和社會影響的思考，往往能讓一本科學書籍的深度更上一層樓。

评分☆☆☆☆☆

這本書光是書名就超級吸引人！「破解動物忍術」這幾個字，聽起來就充滿瞭武俠小說的浪漫和科學探索的刺激。我一直對動物的運動機製充滿好奇，像是壁虎怎麼能在光滑的牆壁上趴得穩穩的，或是水黽（水蜘蛛）怎麼能在水麵上如履平地，這簡直是違反物理定律的奇蹟啊！每次看到這些景象，心裡總會冒齣一個念頭：如果人類也能辦到那該多好？這本書的切入點很特別，它不是單純地描述動物的行為，而是試圖「破解」其中的奧秘，這對我來說，簡直就是打開瞭新世界的大門。我猜測內容應該會涵蓋生物力學、材料科學，甚至是仿生工程學的基礎知識，用一種非常親民的方式來解釋那些複雜的原理。我個人非常喜歡這類結閤瞭自然觀察與尖端科技的書籍，它讓我覺得，原來科學並不遙遠，它就藏在我們身邊那些看似平常的生物身上。期待看到作者如何用生動的語言，帶領我們一步步揭開這些自然界的「忍術」，或許看完之後，我對下次看到小動物時的看法都會徹底改變，不再隻是欣賞，而是帶著一種工程師的眼光去分析它們的運動哲學。光是想像這個過程，就覺得非常過癮，絕對是值得買來仔細品味的書。