異軍突起：仿生學的逆襲

自古以來，自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。

大自然經數十億年的進化，已形成了最優化的形態結構、最有效的物質代謝和再循環系統、最精確的控制和協調過程，因此，“師從自然”，正日益成為科技創新和發展高新技術產業的準則之一。

仿生科研和仿生產業作為提高國家綜合競爭力的天平上的砝碼，已變得越來越重。

仿生成果層出不窮

縱觀國際科研和高新技術產業的競爭態勢，越來越多的科學家認識到：模仿自然有無限的潛力和機會，更有可能提升原始創新的能力。

人類進化只有500萬年的歷史，而生命進化已經歷了約35億年。大自然的奧秘不勝枚舉。每當我們發現一種生物奧秘，就會有產生一種新的設計可能性，也可能帶給我們新的生存方式，仿生思維就是在大自然中尋找解決問題的方程式。

10年前，許多國家就開始通過仿生學提升科技創新活力和產業能級。在美國，有一項長期研究計劃與仿生科技緊密相關，其優先發展的先進制造、先進材料和先進軍事裝備等，不少是從模擬與仿真入手；德國研究與技術部已就“21世紀的技術”為題，從仿生學出發，在電子技術、納米技術、富勒碳材料、光子學、生物傳感器等領域投入了相當大的財力和人力；英國、日本、俄羅斯以及韓國等國都有相應的發展仿生科技和仿生產業的長期計劃，在先進制造、材料、生物技術、高性能計算與通信計劃等領域開展基礎性研究。

仿生成果不斷涌現，并開始從基礎研究發展到商業化競爭階段。中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所研究員杜家緯介紹，這些仿生學成果應用于經濟、軍事和人類衛生事業后，在全球經濟中所創造的份額會越來越大。

例如，德國輪胎設計專家根據跑行中的貓前爪墊的功能和蜘蛛網的柔順結構及其穩定性，設計出一種AMC墊型輪胎，其表面的柔軟性和硬性網狀結構設計，具有較大的抓地性和運行精度，增加了輪胎與地面的摩擦力，使剎車距離從現在的19米縮短為9米，大大提高了安全性。這種輪胎已完成了實地試驗，一旦投產，對世界輪胎業產生的沖擊可想而知。

又如，德國米勒公司新設計了一款洗衣機，其內桶表面結構仿造蜂巢和龜背殼形狀，所洗的衣服非常干凈，而洗滌過程卻非常柔順，不傷衣料。據統計，我國每年洗衣機更新量為500萬臺，有關專家已經擔憂，一旦這種仿生洗衣機進入市場，將大大擠壓我國的洗衣機市場。

仿生科研造福生活

蓮葉效應——自潔涂料 “出淤泥而不染”，是人們對蓮花的贊美。為何蓮花能保持高潔呢？謎底由德國波恩大學的科研人員揭開。

以往科研人員在顯微鏡下觀察植物葉片結構，總要先把葉片洗干凈。有一天，他們突然發現：表面光滑的葉片反而需要清洗，粗糙的葉片卻是干凈的，而蓮花葉子甚至可以完全不沾水。

經仔細觀察，蓮葉面上有許多非常微小的茸毛和臘質凸起物，雨水落在上面，鋪不開、滲不進，只化作粒粒水珠滾落下來，順道兒帶走了荷葉表面的灰塵，從而使葉面保持一塵不染。

科研人員模仿蓮葉的自凈原理，開展防污產品的研究。美國已經開始研究如何將這種自凈原理用于汽車制造，使駕車族不必再日日洗車。

可喜的是，上海也已研制出具有自潔效應的納米涂料，其干燥成膜過程中，涂層表面會形成類似荷葉的凹凸形貌，構筑一層疏水層。這樣一來，灰塵顆粒只好在涂層表面“懸空而立”，并最終在風雨沖刷下“縱身躍下”。

上海閘北區和田路小學的教學大樓外墻已率先采用這種納米涂料，10年無需清洗也能光潔如新。

雌蛾求愛——防治害蟲 昆蟲是怎樣尋找配偶的？昆蟲學家對此早就懷有濃厚的興趣。他們把雌蛾關在一個小鐵絲籠里，置于農田中，晚上許多雄蛾飛來圍著小籠盤旋。昆蟲學家再把雌蛾研碎，將殘體涂抹在紙片上，雄蛾依然不改癡心。

最后，昆蟲學家發現，在寂靜的夜晚，雌蛾會抬起腹部，伸出腹部的腺體，釋放求愛氣味，而隨意飛行的雄蛾則擺動著頭部的觸角，一旦嗅到雌蛾的求愛氣味，就循味飛來。

我國科學家破譯了雌蛾的這種化學語言后，研制出“仿生誘芯”，即人工合成這種化學氣味，然后將其加入一種硅橡皮塞中，置于誘捕器中，使其緩緩釋放，引誘大量的雄蛾自投羅網，既殺蟲，又可根據誘捕量預測害蟲的發生期。

迄今為止，我國科學家已研制成功60多種“仿生誘芯”，對我國主要農林害蟲的測報和防治起了重要作用。

長頸鹿——抗荷飛行服 超音速戰斗機突然加速爬升的時候，由于慣性的作用，飛行員身體中的大量血液會從心臟流向雙腳，使腦子產生缺血現象。如何解決這個問題？科學家從長頸鹿的身體構造中得到啟發。

長頸鹿脖子很長，腦子與心臟的距離大約是3米，要使血液能輸送到頭上，血壓相對要高，大約是人體的兩倍。但當長頸鹿低頭喝水時，血液卻沒有一股腦地涌向頭部。原來是裹在長頸鹿身體表面的一層厚皮起了作用。長頸鹿低頭時，厚皮緊緊地箍住了血管，限制了血壓，使其不會因血壓突然升高而發生意外。

依照長頸鹿厚皮原理設計的抗荷飛行服，飛行員穿上后能在一定程度上起到限制血壓的作用。當飛機加速時，抗荷飛行服還能壓縮空氣，亦能對血管產生一定的壓力，這樣看來，抗荷飛行服比長頸鹿的厚皮更高明了一些。

海蜇——水母耳 每當風暴來臨前，最古老的腔腸生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就離岸游向大海避災。原來，海蜇有個“順風耳”，“耳”（細柄上的小球）中有小小的聽石，上面布滿神經感受器，能聽到風暴產生時發出的次聲波（由空氣和波浪摩擦而產生，頻率為8Hz～13Hz，傳播比風暴、波浪的速度快）。

模擬海蜇感受次聲波的器官，科技人員設計出一種“水母耳”儀器，可提前15小時左右預報風暴。它由喇叭、接受次聲波的共振器和把這種振動轉變為電脈沖的轉換器以及指示器組成。

將這種儀器安裝在船的前甲板上，喇叭做360°旋轉。當它接收到頻率為8Hz～13Hz的次聲波時，旋轉自動停止，喇叭所指示的方向，就是風暴將要來臨的方向。另外，指示器還可以告訴人們風暴的強度。

蝴蝶——軍事、航天 五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是熒光翼鳳蝶，其后翊在陽光下時而金黃，時而翠綠，有時還由紫變藍。科學家通過對蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來了極大的裨益。

二戰期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設施。蘇聯昆蟲學家施萬維奇根據當時人們對偽裝缺乏認識的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發現的道理，在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費盡心機，列寧格勒的軍事基地仍然無恙，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理，后來人們還生產出了迷彩服，大大減少了戰斗中的傷亡。

人造衛星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時溫差可高達兩三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作。

科學家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調節體溫的啟發，將人造衛星的控溫系統制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變換可調節窗的開合，從而保持了人造衛星內部溫度的恒定，解決了航天事業中的一大難題。

仿生學應納入國家戰略

機器人、納米自潔涂料、生物農藥……仿生科研在我國其他城市的不少領域已有開展，但始終難以形成規模產業，緣于仿生學缺乏系統的研究規劃和研究體系，因此源頭創新性研究還遠遠不夠。

為此有關專家認為，科研主管部門、科技界和產業界都應轉變觀念和視角，從模仿國外轉變為模仿自然，向大自然汲取科技創新的靈感。

我國當前優先發展的高技術產業化重點領域共有141個方面，其中將近有30個領域與仿生學相關。如光傳輸系統、生物醫學材料及體內植入物和人造器官、新型納米材料、膜工程技術、新型墻體材料等。由此可見，加強仿生科研和仿生成果的轉化，將使我國的高新技術產業產生質的飛躍。

21世紀的仿生學，正朝著微觀、系統、智能、精細、潔凈方向發展，更多地表現為將生物系統構造和生命活動過程融合到技術創新的設計思想中去。當前仿生結構和力學的研究在國際上受到高度關注，研制微型飛行器、機器昆蟲和機器魚等正形成熱潮。

在新材料研究方面，世界各國也都將目標放在模仿生物界的結構，如海洋殼類構造、蜘蛛絲、植物表面超微結構、動物角趾皮膚等等。

仿生學是多學科的交叉，需要多學科的專家，尤其是生命科學家和工程技術專家的共同關注與參與。專家呼吁：要將仿生學的發展放在國家重要戰略地位加以考慮，把握21世紀國際仿生學的發展方向和前沿，加強原始創新研究。