仿生的力量

漫步于大自然中，與大自然親密接觸，是非常美妙的體驗。但許多人可能不知道，我們面對的自然，其實是億萬種生命的多樣性總和。這種生命多樣性是宇宙起源時誕生的，她可能是顯微鏡下的病毒，可能是郁郁蔥蔥的熱帶雨林，也可以是翱翔的、奔跑的、暢游的動物。

我們賴以模仿的自然世界正在消失

在這浩如星河的生物多樣性里，人類獨獲了宇宙原創(chuàng)的智慧。我們仔細地觀察，抽象出理念，設計出各種機械來模仿這種智慧，從而產(chǎn)生了科學技術。原創(chuàng)的思維產(chǎn)生于勞動人民的大腦，但科學技術始終可以在生物多樣性中找到相似的映射。

如果我們擁有模仿世間生命的能力，那么我們就能獲得無窮的力量。事實上，人類的力量很大程度上均來自于自身對其他生命的模仿，比如，我們設計的精密機械無法與手指的靈巧相比，我們的超級計算機無法與大腦神經(jīng)網(wǎng)絡相比，世界上最快的跑車在啟動的一瞬時速度，遠遠小于一只小貓。

然而，遺憾的是，我們賴以模仿的自然世界正在以前所未有的速度消失。生命多樣性的消失如同人類智慧的消逝，當我們面對無限拷貝的知識時，我們感悟到生命的精彩少了；當我們失去可以模仿的生命模型時，人類變通的力量減弱了，機械論將霸占人類的智慧，人與機械將被視為等同。

跟蜜蜂學定位

值得慶幸的是，科學的進步仍在極大地推動著人類用所獲得的知識讓世界變得更加美好。

比如，未來世界的建筑將模仿蛋白質(zhì)的結構，二十種氨基酸通過衍生與排列組合可以產(chǎn)生無限的形態(tài)組合。這種仿生式建筑可以集約化生產(chǎn)，又可以產(chǎn)生無限的差異，最重要的是整棟大廈可以被回收再利用，建筑工業(yè)像生化反應一樣循環(huán)不止，這樣將會產(chǎn)生很少的城市垃圾。

未來的機械要模仿昆蟲，研究證明蜜蜂的飛行系統(tǒng)可以顯示出無以倫比的精巧性，當我們?yōu)檫@僅有1克的飛行系統(tǒng)驚嘆時，我們同樣不能忽視了蜜蜂的全球定位系統(tǒng)。蜜蜂雖小只有1克，但卻能像飛行員一樣學習定向飛行，準確找到數(shù)十公里之外的花蕊，這正是一種自然之美。蜜蜂在離蜂巢10公里的地方采蜜前，往往要沿著距離蜂巢更遠、更復雜的路線學習飛行，而這就需要極其精確的定位系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，其定向定位機制包括太陽羅盤定向、磁場定向、地面標志物定向、偏振光定向等，這種仿生指導科學家進行精密的未來飛行器設計。

工蜂能離巢數(shù)公里去采集花蜜、花粉而不迷航，并能準確無誤地返回蜂巢。

首先，這是因為蜜蜂具有人類和其他動物所沒有的一種本領- - -它的眼睛可以感知偏振光， 它能根據(jù)天空散射的偏振光來定向。其次，蜜蜂可根據(jù)太陽方位的變化來調(diào)整舞蹈方向以達到準確表達蜜源方向的目的。

透過云層的偏振光是隨著太陽位置的變化而變化的，這種變化是有規(guī)律的，所以蜜蜂可以利用偏振光來確定太陽的位置。另外，據(jù)報道，蜜蜂體內(nèi)存在超微磁性顆粒，因而能在地磁場導航下辨別方向，具有回歸的本領。有人將磁鐵綁在蜜蜂身上，證實蜜蜂在磁場的影響下將無法定向。蜜蜂長期生活在黑暗的蜂巢中，其能完成復雜的巢穴修造工作，就是利用了其自身的重力感應器和地磁來完成定位的。換個地方去放蜂時，我們會發(fā)現(xiàn)，蜜蜂第一次出巢都要對新環(huán)境進行重新熟悉，這就是我們養(yǎng)蜂人常常說的“認巢飛翔”，而這些是蜜蜂利用標志物定位的最好例子。

開展蜜蜂定向研究的關鍵就是設計出能對蜜蜂運動軌跡進行跟蹤和監(jiān)測的工具。目前在昆蟲中利用的高分辨率昆蟲監(jiān)測雷達可以捕捉空中昆蟲小尺度的細節(jié)運動。再結合蜜蜂飛行行為及其他學科的研究，有望對蜜蜂的定向定位機制做出更為準確的解釋，這種科學解釋無疑是自然界為人類預存的智慧。

向螢火蟲學發(fā)光

與小小蜜蜂的定位飛行不同的是，閃閃的螢火蟲光芒能把我們引入OLED（Organic Light- Emitting Diode，即“有機發(fā)光二極管”）時代。夏天幽靜的夜晚里，草叢附近的螢火蟲便開始發(fā)出微弱的光芒，猶如繁星點點。令人驚異的是，不同于太陽光等熱光，螢火蟲所發(fā)的光一點兒也不熱，被稱為“冷光”。

從此，生物熒光現(xiàn)象成為科學界的研究熱點。研究表明，螢火蟲的發(fā)光原理是熒光素、熒光酶和ATP之間的相互作用，從而人們認識到：原來有機物也可以發(fā)光！

新型有機材料OLED是一種自身發(fā)光的固體材料。不同于發(fā)光領域的LED（Light- Emitting Diode，“發(fā)光二極管”），OLED主要用于顯示領域，如今OLED已經(jīng)在平板顯示中發(fā)揮著日益重要的作用，并有希望在未來幾年取代傳統(tǒng)的LCD（Liquid Crystal Display，“液晶顯示器”）。OLED由空穴傳輸層、發(fā)光層與電子傳輸層構成，當對OLED施加電壓時，電子和空穴同時向發(fā)光層移動，并在發(fā)光層復合產(chǎn)生可見光，發(fā)光的顏色取決于有機半導體材料的熒光光譜。

LCD采用背光屏，相對OLED而言，不但能耗高而且體積難以進一步減小，而OLED采用自體電致發(fā)光，具有高能效、低工作電壓、體積小的優(yōu)點，但同時也存在壽命短、成本高的缺陷，適合做高清顯示屏。不過我們相信，隨著技術成熟，這種以螢火蟲發(fā)光物質(zhì)為原理產(chǎn)生的OLED必將在未來占據(jù)我們生活中越來越多的部分，我們也必將效仿這種自然之光營造更健康的生活方式。

向蝴蝶要“動力”

色彩斑斕的蝴蝶是自然界中一道亮麗的風景，在航天技術中的仿生學里，蝴蝶具有相當重要的地位。在對蝴蝶進行全方位的研究后，科學家們發(fā)現(xiàn)，蝴蝶的鱗片具有巧妙調(diào)節(jié)體溫的作用。比如，在夏天炙熱的陽光射到蝴蝶身上時，它的鱗片會自動張開，以便減小太陽光的輻射角度從而減少對太陽光熱能的吸收程度；而當氣溫下降時，鱗片會自動閉合，使太陽光直射到身上吸收更多熱量。

基于蝴蝶鱗片自動張開閉合來控制溫度的原理，科學家們模仿了蝴蝶鱗片的功能，為人造地球衛(wèi)星設計出了一種高效率的調(diào)控溫度裝置。

就J- 31戰(zhàn)機噴氣發(fā)動機而言，蝴蝶翅膀鱗片的排列還可以提供最佳強度的渦輪葉片排列方式。

蝴蝶鱗片空間形態(tài)各異，有的端部急劇收斂呈柳葉形，有的扁平呈片狀，有的橫向尺寸從中部向兩端遞減近似橢圓形等。蝴蝶鱗片空間形態(tài)各異，水平尺寸亦不相同，甚至鱗片端部的形狀也不同。

現(xiàn)代科技掃描電鏡可以將這一神秘的現(xiàn)象像勾勒摩天大樓的藍圖一樣詮釋，在放大5000～10000倍的微觀形態(tài)中發(fā)現(xiàn)，蝴蝶鱗片都具有非光滑表面形態(tài)，鱗片表面都分布有縱向的近似平行的脊脈，相鄰脊脈間分布無數(shù)橫向肋狀物，這些縱向脊脈和橫向短肋將整個表面分割成柵格狀結構，相互平行抑或交織。正是這些復雜的結構特點使得蝴蝶翅膀擁有強大的力量來對抗自然界中的外力，如風力等。

人類僅僅通過對這種鱗片結構的觀察就可以實現(xiàn)最先進的噴氣流體設計，科學家通過仿生也可以完成高壓流體下渦輪葉片的設計。

自然生命的存在是人類永恒智慧的體現(xiàn)，對自然生命的模仿將促使我們不惜一切代價保護一切生命。關愛野生動植物，是仿生科技永恒的理念，減少每一份對自然生命的毀傷，接收每一個由自然生命帶給人類的啟迪，將會是未來一個個不斷娓娓道來的仿生科技故事。</