异军突起:仿生学的逆袭

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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源泉。

大自然经数十亿年的进化，已形成了最优化的形态结构、最有效的物质代谢和再循环系统、最精确的控制和协调过程，因此，“师从自然”，正日益成为科技创新和发展高新技术产业的准则之一。

仿生科研和仿生产业作为提高国家综合竞争力的天平上的砝码，已变得越来越重。

仿生成果层出不穷

纵观国际科研和高新技术产业的竞争态势，越来越多的科学家认识到：模仿自然有无限的潜力和机会，更有可能提升原始创新的能力。

人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就会有产生一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。

10年前，许多国家就开始通过仿生学提升科技创新活力和产业能级。在美国，有一项长期研究计划与仿生科技紧密相关，其优先发展的先进制造、先进材料和先进军事装备等，不少是从模拟与仿真入手；德国研究与技术部已就“21世纪的技术”为题，从仿生学出发，在电子技术、纳米技术、富勒碳材料、光子学、生物传感器等领域投入了相当大的财力和人力；英国、日本、俄罗斯以及韩国等国都有相应的发展仿生科技和仿生产业的长期计划，在先进制造、材料、生物技术、高性能计算与通信计划等领域开展基础性研究。

仿生成果不断涌现，并开始从基础研究发展到商业化竞争阶段。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍，这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后，在全球经济中所创造的份额会越来越大。

例如，德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性，设计出一种AMC垫型轮胎，其表面的柔软性和硬性网状结构设计，具有较大的抓地性和运行精度，增加了轮胎与地面的摩擦力，使刹车距离从现在的19米缩短为9米，大大提高了安全性。这种轮胎已完成了实地试验，一旦投产，对世界轮胎业产生的冲击可想而知。

又如，德国米勒公司新设计了一款洗衣机，其内桶表面结构仿造蜂巢和龟背壳形状，所洗的衣服非常干净，而洗涤过程却非常柔顺，不伤衣料。据统计，我国每年洗衣机更新量为500万台，有关专家已经担忧，一旦这种仿生洗衣机进入市场，将大大挤压我国的洗衣机市场。

仿生科研造福生活

莲叶效应——自洁涂料 “出淤泥而不染”，是人们对莲花的赞美。为何莲花能保持高洁呢？谜底由德国波恩大学的科研人员揭开。

以往科研人员在显微镜下观察植物叶片结构，总要先把叶片洗干净。有一天，他们突然发现：表面光滑的叶片反而需要清洗，粗糙的叶片却是干净的，而莲花叶子甚至可以完全不沾水。

经仔细观察，莲叶面上有许多非常微小的茸毛和腊质凸起物，雨水落在上面，铺不开、渗不进，只化作粒粒水珠滚落下来，顺道儿带走了荷叶表面的灰尘，从而使叶面保持一尘不染。

科研人员模仿莲叶的自净原理，开展防污产品的研究。美国已经开始研究如何将这种自净原理用于汽车制造，使驾车族不必再日日洗车。

可喜的是，上海也已研制出具有自洁效应的纳米涂料，其干燥成膜过程中，涂层表面会形成类似荷叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“纵身跃下”。

上海闸北区和田路小学的教学大楼外墙已率先采用这种纳米涂料，10年无需清洗也能光洁如新。

雌蛾求爱——防治害虫 昆虫是怎样寻找配偶的？昆虫学家对此早就怀有浓厚的兴趣。他们把雌蛾关在一个小铁丝笼里，置于农田中，晚上许多雄蛾飞来围着小笼盘旋。昆虫学家再把雌蛾研碎，将残体涂抹在纸片上，雄蛾依然不改痴心。

最后，昆虫学家发现，在寂静的夜晚，雌蛾会抬起腹部，伸出腹部的腺体，释放求爱气味，而随意飞行的雄蛾则摆动着头部的触角，一旦嗅到雌蛾的求爱气味，就循味飞来。

我国科学家破译了雌蛾的这种化学语言后，研制出“仿生诱芯”，即人工合成这种化学气味，然后将其加入一种硅橡皮塞中，置于诱捕器中，使其缓缓释放，引诱大量的雄蛾自投罗网，既杀虫，又可根据诱捕量预测害虫的发生期。

迄今为止，我国科学家已研制成功60多种“仿生诱芯”，对我国主要农林害虫的测报和防治起了重要作用。

长颈鹿——抗荷飞行服 超音速战斗机突然加速爬升的时候，由于惯性的作用，飞行员身体中的大量血液会从心脏流向双脚，使脑子产生缺血现象。如何解决这个问题？科学家从长颈鹿的身体构造中得到启发。

长颈鹿脖子很长，脑子与心脏的距离大约是3米，要使血液能输送到头上，血压相对要高，大约是人体的两倍。但当长颈鹿低头喝水时，血液却没有一股脑地涌向头部。原来是裹在长颈鹿身体表面的一层厚皮起了作用。长颈鹿低头时，厚皮紧紧地箍住了血管，限制了血压，使其不会因血压突然升高而发生意外。

依照长颈鹿厚皮原理设计的抗荷飞行服，飞行员穿上后能在一定程度上起到限制血压的作用。当飞机加速时，抗荷飞行服还能压缩空气，亦能对血管产生一定的压力，这样看来，抗荷飞行服比长颈鹿的厚皮更高明了一些。

海蜇——水母耳 每当风暴来临前，最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就离岸游向大海避灾。原来，海蜇有个“顺风耳”，“耳”（细柄上的小球）中有小小的听石，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，频率为8Hz～13Hz，传播比风暴、波浪的速度快）。

模拟海蜇感受次声波的器官，科技人员设计出一种“水母耳”仪器，可提前15小时左右预报风暴。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。

将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。当它接收到频率为8Hz～13Hz的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。另外，指示器还可以告诉人们风暴的强度。

蝴蝶——军事、航天 五彩的蝴蝶颜色粲然，如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等，尤其是荧光翼凤蝶，其后翊在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。

二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，列宁格勒的军事基地仍然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。

人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两三百度，严重影响许多仪器的正常工作。

科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成了叶片反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变换可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。

仿生学应纳入国家战略

机器人、纳米自洁涂料、生物农药……仿生科研在我国其他城市的不少领域已有开展，但始终难以形成规模产业，缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系，因此源头创新性研究还远远不够。

为此有关专家认为，科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角，从模仿国外转变为模仿自然，向大自然汲取科技创新的灵感。

我国当前优先发展的高技术产业化重点领域共有141个方面，其中将近有30个领域与仿生学相关。如光传输系统、生物医学材料及体内植入物和人造器官、新型纳米材料、膜工程技术、新型墙体材料等。由此可见，加强仿生科研和仿生成果的转化，将使我国的高新技术产业产生质的飞跃。

21世纪的仿生学，正朝着微观、系统、智能、精细、洁净方向发展，更多地表现为将生物系统构造和生命活动过程融合到技术创新的设计思想中去。当前仿生结构和力学的研究在国际上受到高度关注，研制微型飞行器、机器昆虫和机器鱼等正形成热潮。

在新材料研究方面，世界各国也都将目标放在模仿生物界的结构，如海洋壳类构造、蜘蛛丝、植物表面超微结构、动物角趾皮肤等等。

仿生学是多学科的交叉，需要多学科的专家，尤其是生命科学家和工程技术专家的共同关注与参与。专家呼吁：要将仿生学的发展放在国家重要战略地位加以考虑，把握21世纪国际仿生学的发展方向和前沿，加强原始创新研究。