仿生学的新篇章

1960 年 9 月仿生学诞生以后,得到了突飞猛进的发展。人们从生物的机能和构造受到启示,进而开发新的科学技术,使许多特别复杂的问题得到了解决,或者为解决这些问题展示了美好的前景。现在,人们已不再满足于简单的模仿,正在努力开发超过生物原型的更为杰出的仿生技术,这一努力为仿生学谱出了新的篇章。

一、鸟眼的启示

人们常常以为只有依赖两眼的视觉偏差才能获得立体感,其实不然。鸟和鱼眼睛一般在头的两侧,而且两眼之间的距离很小,充其量只能进行 10 米以内的三角测量。那么它们是怎样实现立体视觉的呢?原来,它们主要依赖于自身移动出现的运动视差形成立体感,因而鸟类用单眼即可实现这种运动立体视觉。这给人类带来了重要的启示。美国曾经实验,让飞行员驾机着陆时遮住一只眼,结果甚至比两只眼看着着陆时对位置的判断更好。

核电、海洋、宇宙等的开发和探索由于放射性、高压、真空等,极大地限制了人类的活动,为此大量利用机器人作业是自然的选择。科学家正在利用模仿鸟类的运动立体视觉,使机器人具有更为灵敏的三维视觉。

此外,动物的眼睛是球形的,具有宽广的视野,照像机的鱼眼镜头就是通过这种模仿设计制造的。

二、略胜一筹的合成橡胶。

橡胶是高度现代化的社会所不可缺的重要材料,然而天然橡胶的生产量是相当有限的,因而人类开始了合成橡胶的研究。

橡胶是一种特殊的固体,它的最大的特点是即使产生很大的形变仍能恢复原状。天然橡胶是由橡胶植物提取而来的,这种植物体内含有丰富的乳汁, 乳汁主要由树干或根内的乳汁管所分泌。目前世界上栽培最广、最多的为大戟科的巴西橡胶树。但天然橡胶也存在许多弱点,而模仿天然橡胶制成的合成橡胶恰恰能克服这些弱点,发挥更为卓越的性能。例如天然橡胶有很大的反弹性,这对振动的吸收是很不利的,而人工合成的丁二烯橡胶就能较好的抑制反弹性,可用于汽车的振动吸收材料。再如汽车油管等原来用天然橡胶制造,被汽油浸泡后,日子不久就变粗伸长而发生“膨润”,现采用丙烯晴丁二烯橡胶,“膨润”现象几乎没有了。

当前合成橡胶已有近 30 种,虽然合成橡胶在抗裂程度上还不如天然橡胶,因此飞机轮胎等目前仍采用天然橡胶,但合成橡胶在多数性能上都超过了天然橡胶,并已占据世界橡胶消量的 60%~65%。

三、神奇的生物伪装术

企鹅悠闲地在平静的海面上滑游,在离它不远的水下却潜游着它的凶恶天敌——海豹,海豹的小眼睛紧张地搜索着,只是由于企鹅的白色肚皮与水面闪烁的光影混为一片,才使它免于葬身海豹之腹;当空中的猛禽掠过海面, 企鹅的黑色脊背又一次帮了它的忙,使它与深海的幽暗色融为一体,又避免了一场飞来横祸,这下你明白为什么企鹅背黑腹白的原因了吧,那是它经过千万年进化而形成的绝妙保护色,是生物在生存竞争中保护自身的一种自卫形式。

人类模仿生物的“伪装术”,将之应用于战争中,其形式也会令人惊叹

不已。

斑马身上布满黑白相间的粗大条纹似乎把自己支解成许多互不相关的部分。应用这一原理,人们把军用飞机涂画上许多带棱角的几何图形块,这样可使敌方驾驶员辨别不出飞机的头尾。这种伪装术称为“色彩分离法”。动物界的变色龙可以根据所处环境的不同改变颜色,堪称一绝。而最近人们仿照变色龙的原理设计的一种能自动改变颜色并始终与环境保持一致的军服, 士兵一旦穿上这种军服,他们可以放心地从白色的沙滩登陆,冲入绿色的丛林,登上褐色的岩石山岗,而不必担心暴露的危险,它比现行通用的杂绿色斑块的迷彩服又大大前进了一步。

动物的伪装本领是自然进化的结果,是由遗传基因决定的,而人类靠自身的智慧和创造力,相信会比动物界干得更出色!