連接生物與技術的橋梁

胡紫霞

自從上次聽爸爸說到“仿生學”這個詞語后，銘銘就記在心里了。他一有時間就會去查一些相關資料。原來，“仿生學”一詞是1960年由美國的斯蒂爾提出的，就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應用生物功能的一門學科。

銘銘：斯蒂爾先生，很高興認識您?？旌臀覀冋f說您提出“仿生學”這個概念的過程吧。

斯蒂爾：銘銘同學，你好?！胺律鷮W”是一門古老而又年輕的科學。自古以來，自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發(fā)明的靈感源泉。種類繁多的生物體經過長期的進化，能夠適應環(huán)境的變化，從而得以生存和發(fā)展。而人類通過勞動，運用聰明才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得了更大的生存空間。人類的智慧不僅停留在觀察和認識生物界上，還可以去模仿其他生物，通過創(chuàng)造性的勞動增加自己的本領。

銘銘：的確如此！相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察到魚兒用鰭的劃動、尾巴的搖擺來游動、轉彎，在水中來去自如，就模仿魚類的形體造出了船，并在船尾上安裝了木槳。后來通過反復的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉彎的方法。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。

斯蒂爾：這些模仿生物構造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認為是人類仿生學的先驅，也是仿生學的萌芽。人們在技術上遇到的某些難題，生物界早在千百萬年前就曾出現(xiàn)過，而且在進化過程中就已解決了，但人們起初并沒有系統(tǒng)地認識到這一點。例如，在第一次世界大戰(zhàn)時期，為使艦艇在水下隱蔽航行，人們制造出了潛艇。最原始的潛艇是利用綁住重物或扔掉重物來達到升降的目的。后來經過改進，在潛艇上采用了浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量，達到升降目的。以后又改成壓載水艙，在水艙的上部設置氣閥，下部設注水閥，利用壓縮空氣來控制水艙內的海水量，從而實現(xiàn)潛艇的自由沉浮。但是后來人們發(fā)現(xiàn)，魚類的沉浮系統(tǒng)比人類的發(fā)明要簡單得多，僅僅是靠魚鰾——依靠分泌氧氣進入魚鰾內或是釋放魚鰾內一部分氧氣來調節(jié)魚鰾中的氣體含量，促使魚體自由沉浮。

銘銘一邊聽，一邊若有所思地點點頭。

斯蒂爾：自從潛艇問世以來，隨之而來的一個問題就是水面的艦船如何發(fā)現(xiàn)潛艇的位置以防被偷襲。而潛艇沉入水中后，也須準確測定敵船的方位和距離以便攻擊。法國科學家郎之萬（1872-1946）通過研究，成功利用超聲波反射的性質來探測水下艦艇，其原理是：根據接收回波的時間間隔和方位，測出目標的方位和距離。這就是聲吶系統(tǒng)。其實在人類誕生之前，蝙蝠、海豚等動物早已對“回聲定位”的聲吶系統(tǒng)應用自如了。

銘銘：嗯，生物界中很多動物的確都具有不少了不起的本領。某些生物體所具有的結構和功能的確比人工制造的工具或機械優(yōu)越得多，實在是令人驚嘆！

斯蒂爾：直到20世紀50年代，人們才開始真正認識到研究生物系統(tǒng)是開辟新技術的主要途徑之一。生物學家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識用于改善舊的或發(fā)明新的設備、工具和科技，創(chuàng)造出更適用于人類生產、學習和生活的先進技術。于是，生物學和工程技術學結合在一起，互相滲透，孕育出一門新的科學，我將它命名為“Bionics”。這個希臘文詞語的意思是研究生命系統(tǒng)功能的科學。對了，在你們中國譯為“仿生學”，簡而言之，就是模仿生物的科學。

銘銘：哦，原來是這樣！“仿生學”誕生后，人們從自然界模仿而發(fā)明的工具或技術有哪些呢？

斯蒂爾：剛剛我們說到蝙蝠用超聲波探測路徑上的障礙物——意大利科學家斯帕拉捷很早以前就發(fā)現(xiàn)：蝙蝠能在黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物，也能捕食在飛行中的昆蟲，但是塞住蝙蝠的雙耳、封住它的嘴后，它在黑暗中就寸步難行了。因此，斯帕拉捷認為：蝙蝠能用耳朵與嘴“看東西”。它們能夠用嘴發(fā)出超聲波，在超聲波接觸到障礙物反射回來時，再用雙耳接收到。電磁波同蝙蝠發(fā)出的聲波一樣，遇到障礙物會發(fā)生反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的。

銘銘：對！這就是“仿生學”的一個例子呀。

斯蒂爾：還有，我們知道電燈能發(fā)光，但電燈只能將很少一部分電能轉變成可見光，其余大部分電能都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線對人眼有害。于是，人類又把目光投向了大自然。在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，而且這些生物發(fā)出的光都不產生熱，所以又被稱為“冷光”。螢火蟲就是其中的一類。它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色。光的亮度也各不相同，強度也比較高，不僅具有很高的發(fā)光效率，而且一般都很柔和，很適合人類的眼睛。因此，對人類來說，生物光是一種理想的光。人們對螢火蟲展開研究，據此創(chuàng)造了生物光的冷光作為安全照明用，使人類的照明光源發(fā)生了很大的變化。

“仿生學”的光榮使命，就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近于生物系統(tǒng)的技術系統(tǒng)。學會多留心身邊的事物，你們也能從自然界中獲得啟發(fā)?；蛟S在不久的將來，你們也會有新的發(fā)明，造福于人類！7C4A741B-28E0-4633-9BCA-349944AEA74D