仿生的力量

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漫步于大自然中，与大自然亲密接触，是非常美妙的体验。但许多人可能不知道，我们面对的自然，其实是亿万种生命的多样性总和。这种生命多样性是宇宙起源时诞生的，她可能是显微镜下的病毒，可能是郁郁葱葱的热带雨林，也可以是翱翔的、奔跑的、畅游的动物。

我们赖以模仿的自然世界正在消失

在这浩如星河的生物多样性里，人类独获了宇宙原创的智慧。我们仔细地观察，抽象出理念，设计出各种机械来模仿这种智慧，从而产生了科学技术。原创的思维产生于劳动人民的大脑，但科学技术始终可以在生物多样性中找到相似的映射。

如果我们拥有模仿世间生命的能力，那么我们就能获得无穷的力量。事实上，人类的力量很大程度上均来自于自身对其他生命的模仿，比如，我们设计的精密机械无法与手指的灵巧相比，我们的超级计算机无法与大脑神经网络相比，世界上最快的跑车在启动的一瞬时速度，远远小于一只小猫。

然而，遗憾的是，我们赖以模仿的自然世界正在以前所未有的速度消失。生命多样性的消失如同人类智慧的消逝，当我们面对无限拷贝的知识时，我们感悟到生命的精彩少了；当我们失去可以模仿的生命模型时，人类变通的力量减弱了，机械论将霸占人类的智慧，人与机械将被视为等同。

跟蜜蜂学定位

值得庆幸的是，科学的进步仍在极大地推动着人类用所获得的知识让世界变得更加美好。

比如，未来世界的建筑将模仿蛋白质的结构，二十种氨基酸通过衍生与排列组合可以产生无限的形态组合。这种仿生式建筑可以集约化生产，又可以产生无限的差异，最重要的是整栋大厦可以被回收再利用，建筑工业像生化反应一样循环不止，这样将会产生很少的城市垃圾。

未来的机械要模仿昆虫，研究证明蜜蜂的飞行系统可以显示出无以伦比的精巧性，当我们为这仅有1克的飞行系统惊叹时，我们同样不能忽视了蜜蜂的全球定位系统。蜜蜂虽小只有1克，但却能像飞行员一样学习定向飞行，准确找到数十公里之外的花蕊，这正是一种自然之美。蜜蜂在离蜂巢10公里的地方采蜜前，往往要沿着距离蜂巢更远、更复杂的路线学习飞行，而这就需要极其精确的定位系统。研究发现，其定向定位机制包括太阳罗盘定向、磁场定向、地面标志物定向、偏振光定向等，这种仿生指导科学家进行精密的未来飞行器设计。

工蜂能离巢数公里去采集花蜜、花粉而不迷航，并能准确无误地返回蜂巢。

首先，这是因为蜜蜂具有人类和其他动物所没有的一种本领- - -它的眼睛可以感知偏振光， 它能根据天空散射的偏振光来定向。其次，蜜蜂可根据太阳方位的变化来调整舞蹈方向以达到准确表达蜜源方向的目的。

透过云层的偏振光是随着太阳位置的变化而变化的，这种变化是有规律的，所以蜜蜂可以利用偏振光来确定太阳的位置。另外，据报道，蜜蜂体内存在超微磁性颗粒，因而能在地磁场导航下辨别方向，具有回归的本领。有人将磁铁绑在蜜蜂身上，证实蜜蜂在磁场的影响下将无法定向。蜜蜂长期生活在黑暗的蜂巢中，其能完成复杂的巢穴修造工作，就是利用了其自身的重力感应器和地磁来完成定位的。换个地方去放蜂时，我们会发现，蜜蜂第一次出巢都要对新环境进行重新熟悉，这就是我们养蜂人常常说的“认巢飞翔”，而这些是蜜蜂利用标志物定位的最好例子。

开展蜜蜂定向研究的关键就是设计出能对蜜蜂运动轨迹进行跟踪和监测的工具。目前在昆虫中利用的高分辨率昆虫监测雷达可以捕捉空中昆虫小尺度的细节运动。再结合蜜蜂飞行行为及其他学科的研究，有望对蜜蜂的定向定位机制做出更为准确的解释，这种科学解释无疑是自然界为人类预存的智慧。

向萤火虫学发光

与小小蜜蜂的定位飞行不同的是，闪闪的萤火虫光芒能把我们引入OLED（Organic Light- Emitting Diode，即“有机发光二极管”）时代。夏天幽静的夜晚里，草丛附近的萤火虫便开始发出微弱的光芒，犹如繁星点点。令人惊异的是，不同于太阳光等热光，萤火虫所发的光一点儿也不热，被称为“冷光”。

从此，生物荧光现象成为科学界的研究热点。研究表明，萤火虫的发光原理是荧光素、荧光酶和ATP之间的相互作用，从而人们认识到：原来有机物也可以发光！

新型有机材料OLED是一种自身发光的固体材料。不同于发光领域的LED（Light- Emitting Diode，“发光二极管”），OLED主要用于显示领域，如今OLED已经在平板显示中发挥着日益重要的作用，并有希望在未来几年取代传统的LCD（Liquid Crystal Display，“液晶显示器”）。OLED由空穴传输层、发光层与电子传输层构成，当对OLED施加电压时，电子和空穴同时向发光层移动，并在发光层复合产生可见光，发光的颜色取决于有机半导体材料的荧光光谱。

LCD采用背光屏，相对OLED而言，不但能耗高而且体积难以进一步减小，而OLED采用自体电致发光，具有高能效、低工作电压、体积小的优点，但同时也存在寿命短、成本高的缺陷，适合做高清显示屏。不过我们相信，随着技术成熟，这种以萤火虫发光物质为原理产生的OLED必将在未来占据我们生活中越来越多的部分，我们也必将效仿这种自然之光营造更健康的生活方式。

向蝴蝶要“动力”

色彩斑斓的蝴蝶是自然界中一道亮丽的风景，在航天技术中的仿生学里，蝴蝶具有相当重要的地位。在对蝴蝶进行全方位的研究后，科学家们发现，蝴蝶的鳞片具有巧妙调节体温的作用。比如，在夏天炙热的阳光射到蝴蝶身上时，它的鳞片会自动张开，以便减小太阳光的辐射角度从而减少对太阳光热能的吸收程度；而当气温下降时，鳞片会自动闭合，使太阳光直射到身上吸收更多热量。

基于蝴蝶鳞片自动张开闭合来控制温度的原理，科学家们模仿了蝴蝶鳞片的功能，为人造地球卫星设计出了一种高效率的调控温度装置。

就J- 31战机喷气发动机而言，蝴蝶翅膀鳞片的排列还可以提供最佳强度的涡轮叶片排列方式。

蝴蝶鳞片空间形态各异，有的端部急剧收敛呈柳叶形，有的扁平呈片状，有的横向尺寸从中部向两端递减近似椭圆形等。蝴蝶鳞片空间形态各异，水平尺寸亦不相同，甚至鳞片端部的形状也不同。

现代科技扫描电镜可以将这一神秘的现象像勾勒摩天大楼的蓝图一样诠释，在放大5000～10000倍的微观形态中发现，蝴蝶鳞片都具有非光滑表面形态，鳞片表面都分布有纵向的近似平行的脊脉，相邻脊脉间分布无数横向肋状物，这些纵向脊脉和横向短肋将整个表面分割成栅格状结构，相互平行抑或交织。正是这些复杂的结构特点使得蝴蝶翅膀拥有强大的力量来对抗自然界中的外力，如风力等。

人类仅仅通过对这种鳞片结构的观察就可以实现最先进的喷气流体设计，科学家通过仿生也可以完成高压流体下涡轮叶片的设计。

自然生命的存在是人类永恒智慧的体现，对自然生命的模仿将促使我们不惜一切代价保护一切生命。关爱野生动植物，是仿生科技永恒的理念，减少每一份对自然生命的毁伤，接收每一个由自然生命带给人类的启迪，将会是未来一个个不断娓娓道来的仿生科技故事。