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游泳？
讓搞笑諾貝爾獎得主胡立德告訴你，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
 
　　胡立德曾以「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家評為「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！這本書集合了作者自身以及多位科學家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。
 
　　花招盡出！千奇百怪的動物運動方式
　　為了在充滿各種障礙物的環境中生存，動物們奇招盡出：水黽可以水上行走，砂魚蜥能夠沙中游泳，而微小的動物最懂得以柔克剛，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，隨著科學家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，喊出「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
　　科學家受到動物運動的啟發，設計出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合作、自由組合……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
　　◆水丰刀｜閱部客創辦人、知名youtuber
　　◆所長｜怪奇事物所
 
專家審訂

　　◆紀凱容｜國立中興大學物理學系副教授   審訂、專文推薦
 
專家好評推薦

　　◆林沛群｜國立臺灣大學機械工程學系教授
　　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胡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系教授
　　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，帶出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系博士後研究員、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家，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，胡立德採訪了許多科學家，生動地記錄研究動物忍術的幕後花絮，告訴讀者如何融合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。

作者簡介

胡立德 (David L. Hu)

　　美國喬治亞理工學院機械工程學系與生物學系教授、物理系兼任教授，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面行走，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《國家地理雜誌》、《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系副教授，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系時，便嚮往運用力學原理來了解生物身體構造的功能，畢業後赴美國杜克大學動物學系攻讀博士，開啟生物力學的探究。回臺任教後致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《猶太教四千年》、《一草一天堂》、《攀樹人》等。
 

引言   動物運動的世界
第一章 水上行走
第二章 沙中游泳
第三章 飛蛇之形
第四章 睫毛與鯊魚皮
第五章 死魚游泳
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

 

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系副教授   紀凱容

　　我和本書作者胡立德 (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。但是有的政治家顯然不太喜歡這麼「重口味」的研究，2016年美國政治家評選的  「最浪費國家經費的二十項科學研究」名單中，胡立德教授與他的團隊就貢獻了三項。不過這些批評並沒有打擊這個好奇又無畏的科學家，反而讓他意識到的確有必要向社會大眾（也包括那位政治家）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回饋：

　　「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回應以上的問題與需求。

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　　這不是一本科學家傳記，而是許許多多的小傳。作者將科學家的面貌從幕後移到臺前，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游泳的發現者？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，進而設計出耐壓的微型機器人，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年沒能當面問作者的問題，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「游泳」？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「史上第一回」的里程碑，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、跨領域團隊怎麼合作、市面上沒有合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。這些不只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表象來分類，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系統時的廣用性。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家，共同尋找節能與高效率的新方案。在受到生物啟發的同時，工程學家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蒙老師。對跨領域主題而言，除了內容有趣外，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。這本書符合這些要件。

　　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家們的實驗室網頁，或運用關鍵字，來查看相關影像。在臺灣，市面上的動物運動學教材不多，這本書適合作為導讀，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。

　　因著演化出的構造與功能，萬物才得以從生存競賽中出線，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，才能成為仿生設計的永續靈感搖籃。