本文探讨了减少摩擦的创新，作为蓝色经济的一部分。全球摩擦成本每年高达2500亿美元，主要市场包括400亿美元的润滑剂、650亿美元的轴承和100亿美元的工业钻石。创新集中在提高效率上，例如梅赛德斯-奔驰的仿生汽车设计和纳米级富勒烯在机油中的应用，可将摩擦减少50%。耐腐蚀的混合陶瓷轴承正在取代传统钢轴承。
Ingo Rechenberg教授研究了撒哈拉沙鱼蜥蜴，其鳞片上的纳米结构使其在沙中移动时摩擦最小。这一发现可能彻底改变微机电系统（MEMS），减少硅基设备的磨损。尽管商业化仍处于早期阶段，沙鱼蜥蜴的自然减摩机制为传统润滑和涂层提供了可持续的物理驱动替代方案。企业家有机会开发受自然启发的长期节能技术，可能改变多个行业并重新定义撒哈拉等生态系统的价值。
This article explores innovations to reduce friction, as part of the Blue Economy projects. The global market for friction reduction includes 250 billion annually. The global market for friction reduction includes 40 billion dollars in lubrication, 65 billion dollars in bearings and 10 billion dollars in industrial diamonds. Innovations focus on improving efficiency, such as Mercedes-Benz’s bionic car design and nano-sized fullerenes in motor oil, which reduce friction by 50%. Hybrid ceramic bearings, resistant to corrosion, are emerging as alternatives to steel.
Prof. Ingo Rechenberg studied the Sahara sandfish, a lizard that moves through sand with minimal friction due to nano-spikes on its scales. This discovery could revolutionize micro-electromechanical systems (MEMS) by reducing wear in silicon-based devices. While commercialization is still in early stages, the sandfish’s natural friction-reduction mechanisms offer a sustainable, physics-driven alternative to traditional lubrication and coatings. Entrepreneurs have the opportunity to develop long-term, energy-saving technologies inspired by nature, potentially transforming industries and redefining the value of ecosystems like the Sahara.
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据估算，全球三分之一的能源消耗用于克服摩擦。由此产生的成本——包括零部件的提前更换及燃油消耗增加——每年高达2500亿美元。如今，如何降低摩擦已从传统的车间和维修厂上升为跨国公司战略部署的重要议题。目前，全球用于降低摩擦的主要有三大技术平台：首先，有一个价值400亿美元的润滑市场，提供工程油以减少摩擦。其次，有一个价值650亿美元的球轴承和滚子轴承市场，预计每年将以8.5%的速度增长至2014年。最后，可以通过应用天然或人工合成的工业金刚石来减少摩擦，这项技术市场价值大约为100亿美元。
当需要较高速度时，采用球轴承，而当需要承受较大负荷时，则采用滚子轴承。球轴承和滚子轴承广泛应用于各个行业，包括交通运输（汽车、铁路、航空）、电力（水力、燃煤、风力）、纺织、矿业、体育设备、空调、食品加工乃至精密工业。全球风能的快速增长推动了特种球轴承的需求。斯凯孚轴承公司（SKF）公司在全球市场上占据了约20%的份额，而德国家族企业施夫勒（Schäffler）则是其竞争对手。随着各种设备的小型化趋势，对于外径小于22毫米的微型球轴承的需求也在增加。日本的峰电株式会社是全球最大的微型球轴承生产商。
中国虽然轴承总销售额以占全球的1/5，但中国的最大轴承企业的规模仅为美国多灵顿公司（TORRINGTON）的8.5%，为瑞士斯凯孚公司的1.7%。可见中国轴承企业是以中小企业群体参与国际市场竞争的。
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追求降低摩擦是人类古老的工程梦想，如今公司正变得越来越具创造力。
奔驰汽车（Mercedes-Benz）曾推出一款基于仿生学的概念车，其外形仿照鱼类流线结构以减少风阻。据美国佐治亚理工学院研究，仅通过卡车外形的流线化设计，就可将空气阻力降低12%，为美国每年节省12亿加仑燃油。
汽车行业正面临制造更高燃效发动机的压力，这些发动机燃烧效率更高，但也更难以润滑。因此，研究者尝试将纳米级球形富勒烯（fullerenes）混入常规机油中，在发动机内部形成仅数微米厚的超薄膜层，从而将摩擦降低高达50%。
在石油价格稳定在每桶80美元甚至持续上涨的背景下，研发者正着力开发永不干涸、无需润滑剂的混合轴承。这些轴承不再使用钢材，而是采用如氮化硅陶瓷、石墨合金等自润滑材料。预计未来金属轴承将被腐蚀更少的陶瓷轴承所取代。
来自德国柏林工业大学与剑桥大学的航空工程师、英戈·雷申伯格教授（Prof. Dr. Ingo Rechenberg），致力于从生物进化中优化工程系统。在南摩洛哥的撒哈拉沙漠进行氢细菌研究时，他偶然观察到一种名为**沙鱼蜥（sandfish lizard）**的蜥蜴，以极小的摩擦和磨损在沙丘中“游动”。
他发现，这种爬行动物鳞片表面具有纳米级微刺和脊纹结构，能有效减少摩擦与表面磨损。沙鱼蜥每天清晨可爬行约一公里，但其皮肤始终光滑亮泽，无损伤痕迹。
雷申伯格教授指出，节能是生物系统的核心任务。通过测量其皮肤的摩擦力与磨损情况，他发现：钢制圆柱体的摩擦力比沙鱼蜥皮肤高出58%。在沙粒作用下，钢与玻璃均会磨损，而沙鱼蜥的皮肤在同等条件下毫无损伤。其团队提出假设：皮肤上含硅的脊尖可能能发射电子，产生磁斥力，从而像两个带负电的磁体互相排斥，使沙鱼蜥实现类似“磁悬浮”的运动方式。换句话说，沙鱼蜥或许早已实现人类“低摩擦运输”所梦想的技术。
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尽管雷申伯格教授的研究仍处于初级发现阶段，但其成果对微机电系统（MEMS）具有潜在重大意义。MEMS 是一种集成机械元件、传感器与微电子技术的系统，如安全气囊正是由 MEMS 控制：传感器感知冲击，微电子模块进行判断，随后机械装置充气保护乘客。
由于 MEMS 系统中大多为硅基部件且部件微小，其运行中易受到摩擦影响而磨损严重。而沙鱼蜥似乎已解决这一问题，其皮肤结构基于糖蛋白、碳水化合物与微量硅元素的天然组合，可称为一种“可食性化学体系”，为人类摆脱高温高压、苛刻化工涂层与润滑剂提供了另一种可能路径。
其他减小摩擦的创新：简化卡⻋设计以减少摩擦。根据佐治亚理工学院在美国亚特兰的实验结果，每减少 12% 的阻力可以让美国每年节省 12 亿加仑的燃料。汽车行业正面临着一些压力，即制作更好的、燃油效率高得多的汽车引擎。
称为富勒烯的纳米大小的球现在可以混合到普通机油中，来在发动机内部制造一层超薄薄膜，只有几微米厚，可减少的摩擦高达 50%。石油价格在每桶 80 美元左右，研究人员正在设计永不干涸的混合轴承，以让轴承不要因为缺少润滑剂而停止滚动。这些轴承不是由钢制成，而是由氮化硅陶瓷（一种自润滑石墨合金）设计材料制成。预计有一天金属轴承将被腐蚀较少的陶瓷轴承代替。
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虽然这一创新尚未进入大规模商业化阶段，但其研究成果已为有志于长期创新平台开发的创业者奠定了坚实基础。正如过去一个世纪中，轴承与润滑油从基础材料演变为千亿美元级产业，未来，基于物理学与生物化学原理的节能技术，也将成为推动新经济的强大引擎。
那些有远见的开发者，若专注于将自然智慧转化为节能系统，有望在未来几十年构建起极具竞争力的商业平台。最终，这只小小的沙漠蜥蜴，或许将彻底改变我们对“沙漠”与“摩擦”的理解与价值认知。
柏林的科学家们也在研究另一个完全不同的领域：空气动力机翼设计。雷亨伯格的团队正在研究关于鸟类的进化和飞行的问题。研究人员利用风洞，正试图全面了解鸟类翅膀的精确结构。这将使他们能够为航空工业设计新的机翼表面。他们还对鸟类进化的原理感兴趣。雷亨伯格的团队通过将突变的进化原理应用到他们的实验中来模拟进化过程。研究小组试图找到最佳的机翼弧度，即提供最小的流动阻力。这很难用数学计算出来。因此，雷亨伯格依靠的是反复试验。六根杆每根应该推或拉多远的管子完全是由偶然投掷这些芯片决定的。如果这个过程产生了优化流动的机翼弧度，那么其将成为新一轮抛屑的基础。因此，靠这种方法他们朝着完美的机翼弧度稳步前进。
雷亨伯格利用这样的实验开发了一个模拟进化的计算机程序。例如，这个计算机程序可以优化桥梁的构造。在许多小的突变过程中，出现了一个特别轻而稳定的桥的设计。这是一种受自然启发的技术应用，比通过仔细的数学计算得出的优化过程更好。
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