編譯／韋士塔

濾食性動物（filter feeder）在動物界隨處可見，從微小的甲殼類動物、某些類型的珊瑚和磷蝦，到各種軟體動物、藤壺，甚至巨大的鬚鯨。這些動物的獨特進食方式，展示了生物界的多樣性與適應能力。如今，麻省理工學院（MIT）的工程師們在濾食性動物的進食方式尋找靈感，改善濾水裝置的設計。

MIT研究團隊在發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）的論文中，描述了鬼蝠魟（mobula ray）的過濾進食機制。鬼蝠魟是一種特殊的水生生物，屬於鰭鰻類。牠們游動進入富含浮游生物的水域時，能張嘴讓水流進入口中，並在水由鰓部流出的過程，過濾出水中的浮游生物。

研究團隊觀察鬼蝠魟的進食機制，發現這種魚類嘴巴底部有平行梳狀結構，這些結構被稱為板（lamellae），其尺寸和分布位置不僅能提高過濾效率，還有拋物線形的幾何特徵，有助捕獲進入口中的浮游生物。此外，鬼蝠魟的鰓有助於從流出的水中提取氧氣，這使得牠們能夠同時進行進食與呼吸。

這項發現，為科學家們提供了設計新型過濾器的靈感。水資源的管理與淨化日益受重視，隨著全球汙染問題加劇，如何有效地過濾水中的有害物質，已成為各界關注議題。

MIT的工程師們希望運用鬼蝠魟的過濾機制，改善現有的水處理技術，提升現有過濾裝置的性能。研究團隊摒棄傳統的設計理念，探索創新的過濾結構，不僅模擬鬼蝠魟的進食機制，還能針對不同的需求進行調整。研究團隊自豪地表示：「這開啟了仿生技術的新篇章。」

研究小組表示，目前使用的過濾技術，過濾器一般使用薄膜材料，流體通過時，汙染物會被留在膜的表面。然而，過濾效率和速度往往形成衝突，高滲透性、速度快的過濾器，可能因為孔徑過大無法有效阻擋汙染物質；反之，能過濾較小顆粒的裝置，可能使流體較不易通過，必須消耗更多能量。

MIT博士後研究員毛心宇（Xinyu Mao，音譯）表示，研究團隊發現鬼蝠魟的口腔結構不僅能快速吸入大量水流，還能精確過濾浮游生物。為了把這個自然的生物設計應用於工業過濾器，研究團隊不斷嘗試各種材料，例如：聚合物薄膜，並根據鬼蝠魟的過濾結構進行改造，並進行大量的模擬和實驗，測試不同孔徑和流速，最終開發出包含多層膜結構，且孔徑和孔隙率都審慎設定的過濾器，達到最佳效果。

研究人員指出，他們模仿鬼蝠魟設計出的過濾裝置，能夠優化工業過濾技術，提升整體過濾性能；除了改善水質，還可以減少能源的消耗，使過濾過程更加環保永續。

隨著這些研究的深入，科學家們相信將能開發出更加高效的水過濾裝置，不僅能過濾大型顆粒，還可有效去除水中的微小汙染物，為人類的水資源管理提供全新的解決方案。