观鸟改变世界？嗯，至少改变了新干线
1978年10月22日至29日，时任国务院副总理的邓小平，赴日参加《中日和平友好条约》的缔约换文仪式，这是中国国家领导人对日本进行的首次正式访问。10月26日，按照日程要从东京移师京都，日方特意安排邓公一行搭乘新干线（Shinkansen）。坐在名为“光—81号”的新干线列车上，在被问道有何感想时，邓公便有了如下著名的回答。
邓公的这次访日，被舆论认为对中国随后实行的改革开放起到了重要的推动作用，图片源自网络
这一次的新干线之旅，在后来回顾中国高铁的发展历程时经常会被提及。比如，下面这个视频当中就试图往事重提。然而，视频的制作方恐怕没有意识到，他们其实犯了一个不大不小的错误。1978年运营的新干线，根本，就不长这样。
某视频当中讲述邓公乘坐新干线的截图，图片源自网络
日本的新干线是全世界第一个投入商业运营的高速铁路系统。首条线路是东京与大阪之间的东海道新干线，于1959年破土动工，至1964年10月1日，赶在东京奥运会开幕之前正式通车（时速已达194公里/小时）。最初使用的0系-列车到1986年才正式停产，并且直到2008年才全部退出现役，可谓是高铁世界里的常青树。而邓公于1978年访日时乘坐的也正是0系-列车。
编组6节车厢的0系-列车，最多可有16节车厢，图片源自Wiki
随着新干线列车的升级迭代，速度也变得越来越快，行进中发出的噪音也越来越大。从1989年开始，新干线的规划及建设者着手酝酿一个大胆的新项目，希望到1994年能够让大阪和福冈之间的运营时间缩短为2小时20分钟。这也就意味着列车时速最高需达到惊人的350公里/小时。在人口稠密而又多山的环境下，新干线的铁路经常要穿过隧道和市区，如此高的运行时速带来的噪声问题必须得到有效的解决。
经过分析，人们发现新干线列车在高速行驶时的最主要噪音来源一个是列车顶部的受电弓，驱动车身前行的电力就是经由受电弓从架设在铁轨上方的输电线引入。高速运行中，受电弓与空气摩擦会产生大量的噪音。
新干线高速行驶时的噪音来源，速度越快，噪音越大，引自Eiji Nakatsu
另一大噪音来源则出现在列车穿越隧道的时候。高速进入的列车，会挤压隧道当中车体前方的空气。而这些受到压缩的空气在被最终推出隧道另一端时，就会产生音爆。巨大的声响在400米外都清晰可闻。
高速列车穿越隧道引发音爆的示意图，截图引自VOX
攻克难题的重任，摆到了时任西日本旅客铁道株式会社（JR-West）技术发展与测试运营部负责人的中津英治（Eiji Nakatsu）面前。中津先生不仅是位优秀的工程师，还是位观鸟爱好者（birdwatcher）。在平时的观鸟活动中他就注意到翠鸟们（kingfishers）捕鱼时要从密度稀薄的空气里扎入更为致密的水，两种流体之间存在着明显的密度差异。这跟列车从开放的环境驶入隧道前后所面临的不同空气密度有着相似之处。但是，高速入水的翠鸟往往只溅起很小的水花，它们是如何做到这点的呢？
普通翠鸟入水及出水的过程，图片引自http://www.watercresslnr.org.uk
中津先生开始领导团队进行实验，他们制作了不同形状的模型，将其射入管道当中测试所引起的气压变化。同时，还将这些模型射入水中，看哪一种激起的水花最小。结果发现，越是接近于翠鸟喙和头部的流线型，激起的水花和引发的气压变化越小。在九州大学（University of Kyushu）进行的计算机模拟也发现翠鸟喙及头部流线型表现最优。在实验数据的支持下，中津团队随后制作了全尺寸的列车车头模型进行测试，效果令人满意。最终，500系-列车正式定型投入生产。
中津英治和他领导设计的500系-列车，图片源自https://labs.blogs.com
等等，还有受电弓的问题呢？中津先生同样也从鸟类身上得到了启发。他和同事根据很多鸮类羽毛的“消声飞行”特性（详见 没见过鸟长耳朵的，这只猫头鹰是怎么回事？），重新设计了受电弓。同时，参照企鹅的外形，他们也为受电弓重新配置了基座。实践证明向翠鸟、鸮和企鹅学习，使得500系-列车的风阻较上一代产品减小了30%，速度加快了10%，同时能耗降低了15%，产生的噪音也控制在了70分贝之下。1997年3月22日当它正式投入运营时，最大时速达到了300公里/小时，创下了当时的世界最快列车纪录。大阪和福冈之间的运营时间也成功缩短为了2小时17分钟。
左图为旧式受电弓，右图为中津博士团队设计的新式受电弓及其基座，图片引自https://labs.blogs.com
20世纪50年代以来，人们开始逐渐认识到学习并模拟生物是开发新技术/设计，解决生产实践问题的重要创新途径之一，由此也诞生了一门崭新的交叉学科——仿生学（Bionics，或Biomimicry）。各种各样的生物于自然界中历经成千上万年的演化，为应对各类自然环境条件的挑战，优化出了许多结构和功能。这些能够为我们人类在应对类似问题时提供启示和灵感。观鸟爱好者中津英治和新干线500系-列车正是其中与我们生活关系密切，同时也是非常著名的一个例子。保护生物多样性，其实也在保护我们师法自然的智慧源泉。
参考资料
任露泉，等. 2016. 仿生学导论. 北京：科学出版社.
https://www.japan-rail-pass.com/japan-by-rail/travel-tips/shinkansen-history
https://earthsky.org/earth/sunni-robertson-on-how-a-kingfisher-inspired-a-bullet-train
https://asknature.org/idea/shinkansen-train/
https://labs.blogs.com/its_alive_in_the_lab/2012/04/biomimicry-japanese-train.html
https://www.greenbiz.com/blog/2012/10/19/how-one-engineers-birdwatching-made-japans-bullet-train-better
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