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，能夠適應環境的變化，從而得以生存和發展。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過，而且在進化過程中就已解決了，但人們起初并沒有系統地認識到這一點。例如，在第一次世界大戰時期，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，從而實現潛艇的自由沉浮。但是后來人們發現，魚類的沉浮系統比人類的發明要簡單得多，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現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。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明新的設備、工具和科技，創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現：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。電磁波同蝙蝠發出的聲波一樣，遇到障礙物會發生反射，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，有許多生物都能發光，而且這些生物發出的光都不產生熱，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，據此創造了生物光的冷光作為安全照明用，使人類的照明光源發生了很大的變化。

“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的技術系統。學會多留心身邊的事物，你們也能從自然界中獲得啟發?；蛟S在不久的將來，你們也會有新的發明，造福于人類！7C4A741B-28E0-4633-9BCA-349944AEA74D