漫話仿生技術(shù)

吳禮萍

漫話仿生技術(shù)

吳禮萍

“響尾蛇”導(dǎo)彈

不少動(dòng)物具備超越人類感覺的天然本能，如蛇能發(fā)覺散發(fā)出熱量的哺乳動(dòng)物。宇宙間最聰明的生靈——人，破譯蛇類神秘的第六感覺，從其舌上排列著一種類似照相機(jī)的器官會感知紅外輻射中得到啟示，紅外技術(shù)應(yīng)用天寬地闊、奇跡非凡。

早在第二次世界大戰(zhàn)中，德美等國就開始應(yīng)用紅外技術(shù)。一種名為“響尾蛇”的導(dǎo)彈好像“長”了眼睛，向大體目標(biāo)方向發(fā)射后在末端飛行中能自動(dòng)跟蹤飛機(jī)尾焰、坦克引擎、艦艇鍋爐等目標(biāo)中熱輻射紅外線源。尋找目標(biāo)簡便易行，命中率高。后來因?yàn)橐资軘撤桨l(fā)射泄光彈干擾誘惑而失效，響尾蛇眼被靈敏度更高更為復(fù)雜的熱像眼所取代。

熱像眼是從對蛇舌上密布的感知紅外線細(xì)胞研究成果中“借”用過來的。主要由對紅外線特別敏感的“半導(dǎo)體硅細(xì)胞”構(gòu)造的熱輻射攝像機(jī)能將物體（目標(biāo)）不斷向外釋放的人眼所看不見的熱分布變成圖像。不管白天黑夜，觀察周圍景觀毫不受限。而且，由于熱輻射容易透過偽裝，入木三分，可謂火眼金睛。我國“資源一號”衛(wèi)星上裝置的這種“熱”眼已構(gòu)成一種圖像分辨率非常高的空間遙感器。

近年來，紅外技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢是軍用技術(shù)向民用領(lǐng)域擴(kuò)展，“軍轉(zhuǎn)民”碩果累累。人體輻射紅外開關(guān)自動(dòng)開門控制器廣泛用于公共場所，紅外入侵報(bào)警器也進(jìn)入千家萬戶。應(yīng)用紅外輻射加熱較其他方式可節(jié)約能源20%-30%，因此廣泛用于食品、醫(yī)藥、印刷及建材等行業(yè)和家庭的加熱烘烤上?？梢钥焖俚胤治錾习俜N微量氣體含量的紅外光譜分析儀器在環(huán)保、衛(wèi)生、石化及電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外輻射測溫儀器、紅外熱電視已成為機(jī)械、冶金、電力、建筑、航空及航天等部門故障檢測、品質(zhì)控制的有力手段。紅外多光譜成像在天氣預(yù)報(bào)、資源勘探、災(zāi)害預(yù)防等空間技術(shù)應(yīng)用，日益改變著人類生存和發(fā)展的條件，社會效益顯著。

現(xiàn)在，為支持無線傳輸，方便用戶，電子設(shè)備配置紅外端口已成新潮，就像電視遙控器利用紅外線和您的電視對話一樣。同樣地，工作站、路由器、IBMPC等使用紅外線和其他的紅外兼容設(shè)備（如打印機(jī)）來“對話”。當(dāng)“看”到其他的有紅外配置的設(shè)備，系統(tǒng)會向您報(bào)告，您就可以發(fā)送文件。數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后通過紅外信號發(fā)送到用來解碼的接收設(shè)備上，就完成了數(shù)據(jù)傳輸。這有點(diǎn)像蛇類通過紅外線彼此交流一般。國際性組織紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA）專司制定和推進(jìn)共同使用的低成本紅外數(shù)據(jù)互連標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和應(yīng)用的日漸廣泛促使更多的高技術(shù)公司開發(fā)生產(chǎn)IrDA模塊。技術(shù)的進(jìn)步使IrDA模塊集成度越來越高，體積越來越?。坏?，要達(dá)到蛇類能感知紅外線的生物細(xì)胞水平，徹底離開蛇類第六感覺之謎，路途還十分遙遠(yuǎn)。

人造鼻子聞?wù)◤?/h2>

美國國防部正在開展一項(xiàng)新的研究，模仿狗的靈敏嗅覺來制造一種能夠分辨多種化合物的人造嗅覺探測器。這項(xiàng)研究如果成功將大大提高美軍在戰(zhàn)區(qū)探測化學(xué)武器的能力。雖然美軍已有多種技術(shù)可以探測到生物和化學(xué)武器，但是迄今為止，任何人造的探測儀遠(yuǎn)沒有比狗的靈敏嗅覺更加有效。

“間諜蟲”發(fā)威

想象你置身于一場戰(zhàn)爭，而敵人在策劃下一次襲擊，你會多么希望自己是敵人墻上的一只蒼蠅，偷偷聽敵人在如何派兵布陣！最好這只蒼蠅還能錄下敵人的聲音，傳輸圖像資料，甚至能夠?qū)橙税l(fā)射微小武器。

這種007式的神話將在不久的將來變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。美國代頓的賴特——帕特森空軍基地的軍隊(duì)工程師正在設(shè)計(jì)一種會飛的機(jī)器人，而這種微小機(jī)器人甚至可以被偽裝成昆蟲，既可以完成不可完成的任務(wù)，又不用威脅暴露自己的“007”。

仿生軟體機(jī)器人

蟑螂綿延已上億年，目前還沒有一種生物的生命力超過它。它的生存能力令人驚嘆，其中一個(gè)絕技就是在狹縫中穿行，只要你的櫥柜有一絲縫隙，它們就不請自來。蟑螂的這種技能激發(fā)科研人員研制一種機(jī)器人，未來可能在廢墟中搜尋，幫助人們發(fā)現(xiàn)救援幸存者。為了了解蟑螂這種鉆縫能力的機(jī)制，最近，美國加洲大學(xué)綜合生物學(xué)系富樂教授和他的博士師生團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑著障礙通道，對蟑螂進(jìn)行測試，他們還不斷改變參數(shù)，對蟑螂的能力極限進(jìn)行探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉆縫能力的關(guān)鍵在于身體結(jié)構(gòu)。它們的甲殼盡管相當(dāng)堅(jiān)硬，保持一定的剛性，但采用鉸接式的連接，受壓時(shí)以外骨骼變形來適應(yīng)。它的腿立即轉(zhuǎn)向兩側(cè)伸出，但仍有爬行的功能。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)，它們在障礙通道中借用了天花板、地面之間的摩擦力，用身體摩擦腿爬行的獨(dú)特方法在狹窄的空間中快速行進(jìn)。有了這位“老師”，他們著手研制“美國蟑螂的人造板”。采用激光切割，覆膜等先進(jìn)工藝，以折疊式板塊構(gòu)建外骨骼，制造了可壓縮機(jī)器人（CRAM）和發(fā)聲蟑螂很合群，還能學(xué)習(xí)它們的行為。