运用仿生学造福人类的事例

向生物学习

人类的生存虽然离不开生物界，但人类却不是被动地依赖于生物，听任大自然的摆布。作为大自然的主人，人类总是在不断地积极主动地认识、改造和利用着生物。人类在长期艰苦卓绝的劳动中，把许多野生动物驯养成了家畜（牛、羊、马、猪等）和家禽（鸡、鸭、鹅等），把大片的荒地开垦成良田，又精心培育和种植了农作物，进行辛勤耕耘、防病治虫。人类用勤劳的双手不断地改善着自己的生活环境和生活条件。

人类是大自然的主人，这并不是说人在所有的方面都高于一切生物。

从身体条件来看，人比许多动物都差。在力气上，人比不上和他身体同样大小的大多数动物。和动物相比，人的走路显得格外笨拙，人跑不过鹿、狗和兔子，跑不过其他许多动物。在看东西、听声音、嗅气味等感觉能力上，人也只能甘拜下风，比许多动物确实差得很远。

当想到许多生物的身体在进化过程中所获得的完美结构和具有的特殊本领时，人们更不能不为之赞叹。鱼儿和许多水生生物游得那么棒；鸟儿和有翅昆虫飞得那样美；冬眠的刺猬可以睡上200多天，不吃也不喝；蝙蝠不用眼睛，什么都能“看”得见；秋去春来的小燕子，长途飞行几千千米，可它从来不迷路……

人们发现，一些关于植物和动物的相类似的功能，实际上是超越了人类自身的在此方面的技术设计方案的。植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美，于是就试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。

到了20世纪中期，随着科学技术的蓬勃发展，使人们对生物界的认识深入了一大步。生物界所具有的精确可靠的定向、导航、探测、控制调节、能量转换、信息处理、生物合成、结构力学和流体力学等生物系统的新型机能原理，使工程技术人员的耳目为之一新。许多部门的工程师们开始积极主动的带着技术设计中的难题，到生物界中去寻找答案。生物学家们也开始有意识地为技术部门提供有价值的研究成果。这样，就在生物科学与工程技术两门学科的相互渗透、紧密结合的基础上，产生了一门新的边缘科学——仿生学。

确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。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，为人类造福。

仿生学的任务是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。

仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有三个阶段。

首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后按数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。经过实践－认识－再实践的多次重复，才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚至超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多方面都超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能力迅速而可靠。

仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就包含着成千上万的种类，它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问世以来的几十年内，仿生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器官和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟以及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课题有：“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。

总之，仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其他学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养，加速科学的发展。因此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就为促进世界整体科学技术的发展做出了巨大的贡献。