尽管纳米技术常被描绘为一项相当新近的人类发明，但自然界实际上充满了纳米级结构。从细菌到浆果，从黄蜂到鲸鱼，多种生命形式的基本功能都依赖于这些结构。
事实上，巧妙运用纳米科学原理的做法可以追溯到超过5亿年前的天然结构。以下仅列出五个灵感来源，科学家可以借此研发新一代人类技术。
1. 结构色
数种甲虫和蝴蝶的颜色是由一组精心排列间距的纳米级柱状结构产生的。这些结构由壳聚糖等糖类或角蛋白等蛋白质构成，柱子之间缝隙的宽度经过精密调控，从而操控光线，呈现特定颜色或虹彩等效果。
这一策略的一个优势在于其耐久性。色素往往会因光照而褪色，而结构色则能在极长的时间内保持稳定。一项最新研究以金属蓝大理石浆果的结构色为例，研究所用的样本采集于1974年，尽管这些样本早已死亡，但其颜色依然保持不变。
另一个优势在于，只需改变缝隙的大小和形状，并用液体或蒸汽填充孔隙，就能改变颜色。事实上，结构色存在的最初迹象，往往是样本浸水后出现的鲜明颜色变化。某些翅膀结构对缝隙中的空气密度极为敏感，以至于颜色会随温度变化而改变。
2. 远距离可见性
除了通过以一定角度偏折光线来呈现颜色外，一些超薄的缝隙面板层还能将光线的传播方向完全逆转。这种光线的偏折与阻挡作用可以协同工作，产生惊人的光学效果，例如单只蝴蝶的翅膀可实现半英里的可见距离，而甲虫则可呈现耀眼的白色鳞片，其厚度仅为五微米。事实上，这些结构十分出色，甚至能够超越厚度为其25倍的人工设计结构的性能。
3. 附着力
壁虎的脚可以在毫秒之内牢牢吸附于几乎任何固体表面，并且似乎毫不费力地脱离。这种附着力是纯粹的物理作用，不存在任何化学作用，即壁虎的脚与表面之间不发生化学相互作用。
壁虎脚部的主动粘附层是一层分支状的纳米级刚毛，称为“脚瓣”，长度约为200纳米。数千个脚瓣连接在微米级的“刚毛丛”上。两者均由柔韧性极佳的角蛋白构成。尽管关于脚瓣附着与脱离机制的细节研究仍在进行中，但它们在不依赖任何粘性化学物质的情况下工作，这一事实本身就是一项令人叹为观止的设计成就。
壁虎的脚还具有其他引人入胜的特性。它们具有自清洁能力，能够抵抗自我缠结（刚毛彼此不会黏连），并且默认处于脱离状态（包括彼此之间也是如此）。这些特性引发了一些设想，即未来胶水、螺丝和铆钉或许都可以通过单一工艺制造，即将角蛋白或类似材料浇铸到不同的模具中。
4. 多孔强度
任何固体的最强形态是单晶状态——以钻石为例——其中原子从物体的一端到另一端几乎呈完美有序排列。钢棒、飞机机身和汽车面板等物品并非单晶，而是多晶结构，其结构类似于由晶粒拼成的马赛克。因此，理论上，通过增大晶粒尺寸或使整个结构成为单晶，这些材料的强度可以得到提升。
单晶可能非常重，但大自然通过纳米结构孔隙解决了这一问题。由此形成的结构——介晶——是特定固体在其重量类别中最坚固的形态。海胆刺和珍珠层（珍珠母）均由介晶形态构成。这些生物拥有轻质外壳，并且能够栖息于压力极高的深海之中。
理论上，介晶材料是可以被制造出来的，不过采用现有工艺需要大量复杂的操作。微小的纳米颗粒必须不断旋转，直至以原子级精度与正在生长的介晶的其他部分对齐，随后还需要围绕一个柔性间隔物将其凝胶化，最终形成多孔网络。
5. 细菌导航
趋磁细菌具有非凡的能力，能够借助称为磁小体的纳米晶体小链条，感知包括地球自身磁场在内的微弱磁场。这些晶粒的尺寸介于30至50纳米之间，由磁铁矿（一种氧化铁）构成，或较少见地由绿硫铁矿（一种铁与硫的化合物）构成。磁小体的若干特性协同作用，形成了一根可折叠的“罗盘指针”，其灵敏度比人造同类装置高出许多倍。
尽管这些“传感器”仅用于短距离导航（趋磁细菌生活在池塘中），但其精确度令人难以置信。它们不仅能够辨别方向，而且晶粒尺寸的变化意味着它们能够保存信息，同时其生长受限于对磁场最敏感的原子排列方式。
然而，由于氧和硫会与铁剧烈结合，生成磁铁矿、绿硫铁矿或其他50多种化合物（其中只有少数具有磁性），因此需要高超的技艺才能选择性地生成正确的形态，并构建出磁小体链。目前，人类尚无法达到这种精细操控的能力，但如果科学家能够学会模仿这些结构，未来的导航技术或将迎来革命性的变化。
