仿生學的應用

蝙蝠的啟示

有人喜歡用“安靜”或“萬籟無聲”之類的字眼，來形容夜。

誰知在那樣的夜里，也還有爬蟲四處覓食、求偶；還有貓頭鷹追捕偷吃莊稼的田鼠；或有虎嘯、狼嚎、蛙鳴……

在夜里，人們總會見到撲拍著手翼的蝙蝠從頭頂飛過，看它們飛得那么匆忙，正是在捕捉嗡嗡成聲的蚊蚋和夜蛾，蝙蝠是一種視力非常弱的哺乳動物，它們怎么看見，怎么能一個個地逮住那些飛翔著的小蟲?

近年來有人做過實驗，蝙蝠機體中優異的喉嚨器官，能發出超聲波的信號。它們就憑著這種信號，去發現正在飛翔的小蟲。而這種信號遇到了要捕食的小蟲或別的什么物體，一般都會有回波信號(這也叫超聲回波信號)，接著它們就用自己優異的耳朵，來接收這種回波信號。

與此同時，還能準確地判斷這些目標與自己所在的方位和距離，并繼續奮飛而去，經常以每分鐘平均俘獲數十個小蟲的高速率，堅持整夜地捕捉。

另外一些種類的蝙蝠不是在場院的夜空飛翔，而是在湖畔、池塘、清溪和山泉迥流的地方活動。它們在這些地方，時常施展著低飛的本領，目的在于比較容易地通過水這種介質，去探索和捕食正在水中擺尾的小魚、小蝦或蜉蝣小蟲等等。

對于蝙蝠的這些了解，使電子技術工作者們感到驚喜。因為對于蝙蝠機體的這些認識，可能為他們手邊新設計的雷達系統所采用，而且也可能為雷達抗干擾裝置所借鑒。

另外，還有人設想，對于蝙蝠的進一步研究，不僅只是伴隨著雷達的設計和制造進行思考，而把境界擴大，將會研制出更小巧、更準確、更經濟耐用、不同于現有雷達系統的新型雷達，或一些技術全新的探測定位裝置。

蜜蜂·魷魚·響尾蛇

近十多年來，好些生物學家和電子技術工程師們，都有意地相互靠攏，共同對那些優異的生命機體加以注意，就像注意蝙蝠的優異功能那樣。并且，在他們一系列的工作中，也用了控制論——關于生物和機器中控制和通訊的理論，以及模擬生物原型的方法。

在辛勤的科學實踐中，他們發現了一門嶄新的、極為重要的、研究生命系統機制及其功能的邊緣學科，那就是1960年正式定名的仿生學。

人們說仿生學是一門完全新型的學科，那是因為它在專門研究生命機體的優異特征，并依據控制論的觀點，將那些特征移植于技術系統中，從事創造新的、改造舊的機器或工程設備的緣故。

這一新型學科的出現，可以說是生物學研究向著物理學、化學、數學、控制論、航空和航海等技術滲透的結果；也可以說是方興未艾的電子技術深入到生物學界，掌握了生命機體中的優異結構，而成功地將那些優異結構進行技術模擬的結果。

生命機體指的是活的生物機體，也就是自然界中活的生物原型，包括著一切活的動物、植物以至于人體中的有機結構。

所謂優異的機體，不言而喻，就是活的生物原型中某些特殊的結構和它所表現的特殊的功能。它們的優異性在于所占的部位不大、信息傳遞敏銳、功能效率很高。例如蝙蝠的喉嚨、耳朵或超聲波定位系統等。除此以外，天空飛的、地上爬的、水里游的優異生物的例子，也真是數不勝數。

先說說以勤勞著稱的蜜蜂吧：這種昆蟲的視覺有著一種偏光的特性，能測出天空中不同亮度的各個地段。即使天氣陰沉，它們也能根據太陽方位的變化，進行時間校正，來確定自己相對于太陽的位置。因此，它們外出采蜜和回巢，從來不會迷失方向。

根據蜜蜂的這種導航本領，有人制成了偏光天文羅盤，并已用于航海和航空的事業，使舵手在茫茫的大海上、飛行員在千里的云霧中，無論天氣怎么變化，都能照常通行無阻。

說到地上爬的，試看那生長在熱帶的響尾蛇，它有一個對于紅外線非常靈敏的“探測器”(或叫“熱敏器”)，靈敏到0.001℃的溫度差都能感覺出來。它的這種“探測器”是一小塊薄膜，厚度不過10～15微米，長在它的兩眼之間、鼻孔之上的部位。

夜間，樹林和草叢中的爬蟲、小獸，即使不吃不動地伏在那里，響尾蛇也能憑著它特有的“探測器”，感知它們的存在。因為只要那些爬蟲、小獸還有體溫，就會不斷地發出熱線。

我們聽說過的空對空“響尾蛇”導彈，就是模擬響尾蛇的“探測器”而制造成功的。

至于說到水里游的，不妨介紹魷魚在海里的那種與眾不同的游動。它不靠鰭劃，也無需擺尾，全憑它機體中那個“口袋”似的體腔吐納海水。它的體腔時常貯滿海水，當需要將身體向前推進時，就把體腔的海水往后噴出，情況有點像我們見過的噴氣式飛機。

十多年前，我國的造船工程師，有意模擬魷魚的游動而設計過一批噴水拖船。在那新式的拖船中，代替慣用的劃槳或螺旋槳的，是一套強壓縮水泵的裝置。當水泵噴出強力水柱，整個拖船就“嘩嘩……”地破浪前進了。

這種拖船的吃水深度僅僅半米，所以在淺水的內河，或長有水草的湖泊、河道，都能通行無阻。又因為它吃水不深，阻力自然不大，所以，每只這樣的噴水拖船，都有余力拖帶好幾只滿載的木船。此外，現在還有人試圖按魷魚的游動方法，制造一種新型的噴水式潛艇。

仿生學讓人類空前發展

從機械“手”到電子“腦”，形成生命機體的精確、完善、小巧的優異組織機制，都與它自己的自然歷史分不開。研究這種優異的生命機體或組織機制，可以為機器的創新提供根據。

仿生學所經歷的時期，不過十多個年頭，發展情況卻像越過了巫山三峽的長江之水，雄渾浩蕩，現出一派奪目的前景。

今天的仿生學者們，除了對于生命機體的優異機制及其應用下功夫研究以外，也對于人類本身的優異機制進行著大量的研究。

仿生學及電氣控制技術的發展，為新型的多用途的機械手的出現打下了堅實的基礎。目前，通用機械手的設計制造，已成為工業技術中的一個新興部門。

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同時，在我們這個世紀中葉，就有人試著把人們的腦力活動用一種符號來表示，并用這種符號寫成簡單的算術算法；又另外把原來人腦所能做的一些工作，編成明確的單值的計算程序，并用快速數字計算機按程序進行運算。

像這樣一種以運算為特征的電子計算機，目前所達到的水平，已經可以在一秒鐘里，完成幾十萬次、百萬次、甚至千萬次的運算。所以，它往往能在不到半個工作日的時間里，順利地完成一個人終生才能完成的工作量。

單從這樣的快速運算功能來說，已經看出人們費腦力的計算勞動，一下子就被減輕得如此顯著!要是另從別的方面看去，還可以發現這種機器更特殊的功能。如在自動控制系統中，人們可以把它當作控制器來使用。更妙的是，在讓它執行專門任務時，它還能按人們預先編訂的程序，參照外部條件的變化而變化，適應新的情況，隨時自動改善操作。

因此，在人造衛星及宇宙航行的技術中，可以用它來指引或校正航向或航道；還有現代化的巨型工程設計、臨床醫生對多種并發癥的正確診斷以及繁雜的經濟預算與決算等，人們也都可以叫這樣的機器來代勞。

快速電子計算機，有人把它叫做電子“腦”，后來生物學家對于神經網絡的深入了解，曾有助于電子計算機的改進。

人的思維活動，對于事物精密地分析和綜合能力，是一切機器無法匹敵的；人的神經系統所固有的信息加工和運用的巧妙，也都遠遠地超過一切機器。但是，很多繁重的腦力勞動，特別是在工業生產和科學研究中，大量的重復腦力勞動利用這種機器卻是十分有利的。

總之，量的積累，往往導致質的變化。回想人們在實際的勞動中，學會了使用工具：從原始的樹枝棍棒、刀耕火種到使用犁、鋤、耙、鍬以至現代化的遙控裝置，證實了人們已經把雙手一步步地往遠處延伸。

’那么，由于仿生學的蓬勃發展，控制論的豐富完善，從模擬空中飛的、地上走的、水里游的優異的生命機體，到應用計算技術、程序設計而把人腦的運算活動寫成符號交給機器去辦，不就像雙手的勞動往遠處延伸那樣，人腦的勞動也大為擴展了嗎?

如果說雙手向遠處延伸，實現了體力勞動的機械化，那么類似人腦的作用向周圍擴展了，不就意味著腦力勞動自動化的萌芽?