连接生物与技术的桥梁

胡紫霞

自从上次听爸爸说到“仿生学”这个词语后，铭铭就记在心里了。他一有时间就会去查一些相关资料。原来，“仿生学”一词是1960年由美国的斯蒂尔提出的，就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。

铭铭：斯蒂尔先生，很高兴认识您。快和我们说说您提出“仿生学”这个概念的过程吧。

斯蒂尔：铭铭同学，你好。“仿生学”是一门古老而又年轻的科学。自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的灵感源泉。种类繁多的生物体经过长期的进化，能够适应环境的变化，从而得以生存和发展。而人类通过劳动，运用聪明才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得了更大的生存空间。人类的智慧不仅停留在观察和认识生物界上，还可以去模仿其他生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。

铭铭：的确如此！相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察到鱼儿用鳍的划动、尾巴的摇摆来游动、转弯，在水中来去自如，就模仿鱼类的形体造出了船，并在船尾上安装了木桨。后来通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的方法。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。

斯蒂尔：这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生学的先驱，也是仿生学的萌芽。人们在技术上遇到的某些难题，生物界早在千百万年前就曾出现过，而且在进化过程中就已解决了，但人们起初并没有系统地认识到这一点。例如，在第一次世界大战时期，为使舰艇在水下隐蔽航行，人们制造出了潜艇。最原始的潜艇是利用绑住重物或扔掉重物来达到升降的目的。后来经过改进，在潜艇上采用了浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量，达到升降目的。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设置气阀，下部设注水阀，利用压缩空气来控制水舱内的海水量，从而实现潜艇的自由沉浮。但是后来人们发现，鱼类的沉浮系统比人类的发明要简单得多，仅仅是靠鱼鳔——依靠分泌氧气进入鱼鳔内或是释放鱼鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中的气体含量，促使鱼体自由沉浮。

铭铭一边听，一边若有所思地点点头。

斯蒂尔：自从潜艇问世以来，随之而来的一个问题就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防被偷袭。而潜艇沉入水中后，也须准确测定敌船的方位和距离以便攻击。法国科学家郎之万（1872-1946）通过研究，成功利用超声波反射的性质来探测水下舰艇，其原理是：根据接收回波的时间间隔和方位，测出目标的方位和距离。这就是声呐系统。其实在人类诞生之前，蝙蝠、海豚等动物早已对“回声定位”的声呐系统应用自如了。

铭铭：嗯，生物界中很多动物的确都具有不少了不起的本领。某些生物体所具有的结构和功能的确比人工制造的工具或机械优越得多，实在是令人惊叹！

斯蒂尔：直到20世纪50年代，人们才开始真正认识到研究生物系统是开辟新技术的主要途径之一。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用于改善旧的或发明新的设备、工具和科技，创造出更适用于人类生产、学习和生活的先进技术。于是，生物学和工程技术学结合在一起，互相渗透，孕育出一门新的科学，我将它命名为“Bionics”。这个希腊文词语的意思是研究生命系统功能的科学。对了，在你们中国译为“仿生学”，简而言之，就是模仿生物的科学。

铭铭：哦，原来是这样！“仿生学”诞生后，人们从自然界模仿而发明的工具或技术有哪些呢？

斯蒂爾：刚刚我们说到蝙蝠用超声波探测路径上的障碍物——意大利科学家斯帕拉捷很早以前就发现：蝙蝠能在黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物，也能捕食在飞行中的昆虫，但是塞住蝙蝠的双耳、封住它的嘴后，它在黑暗中就寸步难行了。因此，斯帕拉捷认为：蝙蝠能用耳朵与嘴“看东西”。它们能够用嘴发出超声波，在超声波接触到障碍物反射回来时，再用双耳接收到。电磁波同蝙蝠发出的声波一样，遇到障碍物会发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。

铭铭：对！这就是“仿生学”的一个例子呀。

斯蒂尔：还有，我们知道电灯能发光，但电灯只能将很少一部分电能转变成可见光，其余大部分电能都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线对人眼有害。于是，人类又把目光投向了大自然。在自然界中，有许多生物都能发光，而且这些生物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。萤火虫就是其中的一类。它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色。光的亮度也各不相同，强度也比较高，不仅具有很高的发光效率，而且一般都很柔和，很适合人类的眼睛。因此，对人类来说，生物光是一种理想的光。人们对萤火虫展开研究，据此创造了生物光的冷光作为安全照明用，使人类的照明光源发生了很大的变化。

“仿生学”的光荣使命，就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统。学会多留心身边的事物，你们也能从自然界中获得启发。或许在不久的将来，你们也会有新的发明，造福于人类！7C4A741B-28E0-4633-9BCA-349944AEA74D