动物世界:大自然中的“专利文献馆”

上世纪60年代初，生物科学和技术科学共同孕育的一门边缘学科诞生了，这就是仿生学。仿生学一问世，人们就期待它大显身手，以求到大自然的“专利文献馆”中去发现解决工程技术问题的新思想、新方法和新手段。

随着时间的推移，今天仿生学的研究范围已扩大到神经仿生、感觉仿生、分析仿生、定向仿生、生物力学仿生和生物动力学仿生等方面，并取得了不少研究成果。

燕子：建筑学的“鼻祖”

古希腊哲学家德谟克利特说过，在住宅建筑方面，我们是燕子的学生。古代的建筑师总是自觉或不自觉地模仿自然界的形状，因为自然界的建筑不只是匀称和谐，而且结构是合乎理想的经济及简单。

1889年在巴黎建造的、象征十九世纪技术成就的埃菲尔铁塔，体现了胫骨的构造，尽管建筑工程师埃菲尔在设计这座铁塔时并未想到去模仿胫骨。制造钢筋混凝土管的工程师们也是如此，他们也未曾想到其制品的结构同毛杆草茎的结构是一样的。

这都是偶然的巧合吗?不，人们懂得材料力学，而自然界正是按照材料力学的规律形成的。由此可以得出这样的结论：既然我们能够认识生物机体的结构，那就让我们去仿造它。比方说，我们知道了蛋壳和贝壳虽然很薄，但由于具有弯曲的表面，因而能承受很大的压力，于是我们就模仿它们，设计建造薄壳结构的屋顶。人们只要学会用“同事”的眼光去看待大自然，就能得到大自然的启示，在大自然中发现从前没有发现的许多东西。

埃菲尔知道人骨坚固，但他没有想到运用人骨的结构。可是，美国数学家和设计师列·雷科勒注意观察了骨骼，发现骨骼能经受10倍于自重的负荷。模仿骨骼结构，就奠定了轻质多孔的大型骨架结构的基础。在2008年北京奥运会及2010年的上海世博会场馆中，已广泛使用这种建筑。

苍蝇：航空航天的“功臣”

苍蝇是令人讨厌的。但科学家发现，苍蝇拥有某些出色的器官，首先是它的楫翅——双翅目昆虫已退化的后翅，呈细小的棒状，科学家管它叫做平衡棒。苍蝇在飞行中，楫翅随同翅膀不断地振动。当飞行方向改变时，楫翅仍保持原先的振动状态，楫翅同蝇体之间的联接肌紧缩起来，苍蝇脑就能接收到偏离了航向的信号，并发出指令去纠正航向。

根据苍蝇楫翅的工作原理，国外制成了一种振动陀螺仪——这是代替回转器用于高速飞机和火箭上的新型导航仪。装有振动陀螺仪的飞机能自动防止翻滚飞行，能自动平衡各种程度的倾斜，从而保障飞行的稳定性。

美国科学家勒·凯伊研制出一种“半生物”仪器。在他的“生物——自动系统”中，活苍蝇充当矿井瓦斯的“传感器”。这位科学家用苍蝇头部的神经节代替苍蝇的脑，并在神经节上连接一个微型电极。只要在空气中出现哪怕是微量瓦斯，在苍蝇的神经节中就会产生特殊的脉冲，脉冲信号由电极传给分析器。在分析器中，“嗅觉”生物电流同其他一切生物电流分开，然后进入执行装置向人们发出警报。

蛙眼：雷达系统中伪“神眼”

大自然创造的生物视觉器官，是无穷的智慧源泉。有一部名为《航空站》的小说，它描写一位调度员因为未能阻止两架飞机在机场上空相撞，天天感到内疚。飞机怎么会相撞的呢?

原来雷达只是在每一给定时刻显示飞机的位置，而在半分钟以后飞机的位置如何，则取决于驾驶员。再有，现代大型机场上的飞机非常之多，在位于调度室中的雷达的显示屏上，由于非运动物体的干扰，影像往往是模糊不清的。在这样的条件下，甚至是最认真负责的调度员也可能发生差错，因为，人在信息流中选择所需信息的能力是有限的。

这样，就提出了一项任务——创造出只反应运动目标的系统。蛙眼就成了创造这种仪器的钥匙。

原来青蛙的视觉分析器能清晰地辨认图像的轮廓。蛙眼还能从传来的信息中选取只与运动物体(食物或敌人)有关的信息，形象地说，对运动物体能“明察秋毫”，蛙眼对静止物体却“视而不见”。根据蛙眼的视觉功能研制成功的人工蛙眼，具有很高的选择性。它能从“视野”中摒弃非运动物体，而只看到运动物体，当暗目标移动时选取其图像的边缘，监视图像的对比和光线的变化。这种图像分析器在雷达系统中起到了非常重要的作用，让调度员犹如安上了“神眼”，从而能够防止出现上述的飞机相撞的悲剧。

昆虫：科技发明的“啦啦队”

人类对昆虫听觉系统的研究，也卓有成效。例如，螽斯具有非凡的听觉器官——使螽斯能通过它感受到振幅等于氢原子直径二分之一的振动!类似青蛙只接收“有选择的”信息一样，螽斯能从声音的巨流中只接收对它有意义的声音。尝试创制高敏地震仪的仿生学家对此最感兴趣。

还可举出仿生学的一个研究方向，比如与动物打交道。现在已经弄清楚，地球上有代表性的动物群相互“交谈”有六种语言，包括闪光语言、气味语言、姿态语言等。

夏夜，当你在户外纳凉时，你可以看到流萤闪动着光点，但你不要认为那是在招人喜欢，而要知道那是在通过“闪光语言”(闪光信号)招呼配偶在夜幕中双双幽会。

所谓“气味语言”，就是昆虫发出有味的化学物质(传信素)用以相互传递寻找食物、引诱异性和逃避敌害等信息。那么，人们怎样达到同动物交谈的目的呢?科学家们正在解决这个问题。如果这个理论问题解决了，继之而来的就是丰富多彩的实际应用。比方说，在渔业中，人们将像收人用短笛呼唤畜群那样，用录音磁带上的信号去呼唤鱼群；或者像人们所描述的那样，建立海上鱼苗场，但不是用网，而是借助海豚在一个地方围住鱼群。海豚就能成为看守鱼类的出色“牧人”。

人们早就知道，蜜蜂是靠舞蹈交谈的。蜜蜂的语言是“舞蹈语言”。现在，科学家们进一步发现，无论是单个的蜜蜂也好，蜂群也罢，在舞蹈时还用不同的嗓音“唱着”，简直是且歌且舞。人们根据蜜蜂的“大合唱”，可以觉察蜂房中发生的情况。

海洋动物：仿生也钟情“水货”

许多海洋生物具有从海水中有选择地摄取一系列物质的能力。仿生学家提出在海底建立“微生物冶金学家”、环节动物、软体动物、被囊动物的巨大养殖场，以便采取镁、铜、镍、钴、银、金、铂和其他贵重金属。

某些生物机体显然具有淡化咸水的能力。例如，海龟和许多海鸟都具有小巧的、能去盐的盐腺，能使喝进去的海水变成淡水。在总结模拟生物机体去盐过程的现有经验的基础上，可建立原理上崭新的、极经济的工业用淡化装置。

在自然界形形色色的事物中，还有许多东西尚未被仿造出来。我们关于大自然的知识还是浅薄的。大自然在进化过程中经过了千百万年的精雕细刻!而我们的产品同大自然的产品比较起来，还是粗糙的。但是，只要人类不断努力，人类创造第二大自然的时日必将来临。