追隨昆蟲的腳步

　　人類自詡為地球上唯一擁有高級智慧的生物，在與自然進行生存斗爭的同時創建了文明、發展了科技。各種技術和發明彌補了人類的不足，但人類仍然不斷遇到難題。而在億萬年的進化中，生物經過無數次失敗和犧牲已完美地解決了很多難題。所以，人類應該師法自然，從中汲取靈感。
　　昆蟲最遲在約4億年前演化成功，截至2005年，全球共記錄約92.5萬種昆蟲。昆蟲是生命演化歷史上種類最為繁多的動物類群，它們遍布除南極洲以外的各個大陸，它們的總重量超過了其他所有動物（包括人類）的總和，它們是陸地的霸主，具有改變地球面貌的力量。如此興盛的生物類群，理所當然的會成為人類的老師，而人類也正在追隨昆蟲演化的腳步，不斷完善著自身的科技和產生新的發明。
　　
　　昆蟲的感官仿生
　　
　　復眼是昆蟲最重要的視覺器官，它由多個小眼組成。小眼呈正六邊形，邊緣重疊組成正六邊形陣列。每一個小眼的視野都很小，但很多小眼組成的復眼其視野就很大了。一些昆蟲的水平視野可以達到240度、垂直視野可達360度，而人的視野范圍只有180度。昆蟲的復眼對運動的物體很敏感，以蜜蜂為例，其對突然出現的物體反應時間為0.01秒，而人卻需要0.05秒。而且這種復眼系統對于測量距離和估算運動速度具有良好的能力。由于昆蟲的視覺系統在運動過程中可以發揮出卓越的性能，因此也就成為了現代飛行設備的重要仿生對象。早在1980年，美國科學家就試圖將昆蟲復眼的原理應用于空對地導彈的制導研究并制成了工程模型。現在，人們則傾向于將其作為機器人導航系統，以提高機器人的自主功能水平。基于復眼原理的各種測速和測距儀也已經開始應用。不僅如此，人們還研制出了一次能拍攝1329張高清照片的蠅眼照相機，廣泛應用于軍事、醫學、航天等領域。
　　昆蟲的觸角是嗅覺器官，在很多昆蟲中還能起到味覺和聽覺的作用。在昆蟲的觸角上有很多毛狀感受器，它們可以感受到環境的刺激并將這些刺激轉化成神經信號傳導到腦。以蜜蜂為例，其觸角上的嗅覺感受器就多達3000~30000個，而一些蛾子則更多，它們甚至能對周圍幾個氣體分子做出反應。再如雄蚊通過雌蚊飛行聲音的頻率尋找配偶，即使相隔數十米，周圍噪聲如雷，它依然可以準確找到目標。這種靈敏度和抗干擾力讓人嘆為觀止。目前，仿生學在這方面已經取得一些成績，如仿蒼蠅嗅覺器制成的靈敏度很高的氣體分析儀，已被用于分析宇宙飛船座艙中的氣體成分。此外，各種類似原理的嗅敏儀也在礦井瓦斯監測和火警報警中得以應用。
　　
　　昆蟲形態和結構仿生
　　
　　打針時很多人會覺得痛，但是，蚊子在吸血時人卻毫無感覺。研究表明，那些叮人不痛的蚊子的口器結構很特殊：它吸血時，帶有尖銳的鋸齒的口器像精巧的手術刀一樣切入皮膚，然后把里面的針器推進去，只造成很小的切口。與光滑的注射器針頭相比，鋸齒形邊緣接觸面積小，減少了對人體神經的刺激，降低了疼痛感。日本科學家就模仿蚊子的口器試制了無痛注射器，但是針管易折斷，因此仍需要進一步改進。
　　昆蟲的足同樣讓人感興趣，它們表現出了卓越的吸附和攀爬能力。一些昆蟲在光滑的表面能夠抵抗超過自身重量100倍的分離力，而且還能在這些表面上自由行走！昆蟲的足底非常復雜，有些是剛毛（昆蟲體表一種細長的毛發，長度在幾十到幾百微米，粗細一般在幾微米）的吸附作用，有些則是能夠伸縮的類似吸盤的結構，而且有證據表明，昆蟲的足底存在吸附分泌物來增加黏性。科學家們希望通過這種仿生增強機器人的運動能力。德國研究人員制成了一種帶有吸附足的小爬壁機器人，能在垂直壁面行走并且能越過凹凸不平的表面。
　　水黽則是另一類讓人著迷的昆蟲，因為它能夠在水面上行走。2004年，中國學者在《自然》雜志發表文章指出，水黽腿部表面附有數千根按同一方向排列的剛毛，這些剛毛表面存在特殊結構，可產生極大的表面張力，于是它就可以踩在水面上行走了。目前國際上已經展開了仿生水黽的水面行走機器人的研發，相信水面行走機器人的面世只是一個時間問題了。
　　
　　昆蟲的運動仿生
　　
　　現在人類的飛行器有固定翼飛行器和旋翼飛行器（直升機）兩種，雖說人們已經圓了飛天夢，但這兩種飛行器的靈活性依然很差。特別是早期固定翼飛行器，飛快了機翼就不停振動，多虧了工程師向蜻蜓學習，給飛機翅膀兩端增加了配重才解決問題。而自然界的鳥兒和昆蟲飛行更加靈活，而且它們是扇動翅膀飛的！于是人們就想到了一種概念飛行器：撲翼飛行器，這種飛行器能夠像鳥兒和昆蟲一樣拍打機翼（撲翼）飛行。各國科學家已經對昆蟲和鳥類的飛行運動進行了多年研究，揭開了一些原理，但有一些情況還不十分清楚。目前開發大型載人撲翼飛機還不現實，而且也無法保證在飛行過程中機身不會上下顛簸。現在主要的開發項目都集中在小型無人撲翼飛行機器人上。即使如此，它仍擁有比其他飛行機器人更為靈巧快速的飛行能力，對惡劣天氣的適應性更強，同時也具有較好的偽裝能力，在測繪、勘察和偵察等領域將會大顯身手。
　　人類進行太空探測的月球車和火星車都是輪式的，但是，輪式探測車的表現并不好，它們的車輪時而會被石塊卡住，時而又會被軟沙地陷住，搞得遠在地球的監控人員滿頭大汗。這時，有人看中了到處行走如飛的昆蟲。昆蟲有六條腿，別看行走飛快，它們始終有三條腿踩在地面上形成穩定的三腳架。美國加州大學的生物學家們在認真研究了昆蟲爬行的每一個細節后制作出了一只機器蟲，它不僅能在凹凸不平的路面上輕松行走，即使是遭磕碰后仍能保持穩定，甚至能夠在被掀翻的情況下翻轉回來。這是輪式機器人無法比擬的，這種適應能力更適合在無人的星球或者海底進行探測，相信不久它們就會發揮出作用。
　　
　　昆蟲其他特異能力仿生
　　
　　很多昆蟲還有自己的獨門絕技，值得人們學習。比如螢火蟲這樣的發光昆蟲能夠將體內的能量轉化為光能，轉化效率接近100%，這是目前常見的燈具無法企及的，普通的燈泡轉化率更只有6%。模仿螢火蟲發光的冷光源發光效率則大大提高。
　　螞蟻這樣的社會生物，每天都忙忙碌碌，將巢穴內的垃圾丟棄到巢外，將外面的食物搬運到巢內，整個巢穴就如同一個物流網絡。但是，這個網絡沒有人發號施令協調交通，但卻有條不紊，很少發生擁堵。科學家在研究了螞蟻運動以后，構建出了“蟻群算法”數學模型，用來指揮交通和物流，大大提高了運輸效率。
　　炮彈蟲是一類甲蟲，可以向敵人噴射灼熱的有毒液體。研究發現，炮彈蟲將兩種危險的化學物質儲存在不同的“罐子”里，當需要的時候才混合到一起，兩種物質一旦混合，在酶的作用下就會迅速發生化學反應——沸騰、噴發。美國軍事專家借此研制出了非常先進的二元化學武器：將化學物質存放在相互隔開的容器中，一旦炮彈發射，隔膜破裂，在彈體飛行的幾秒鐘內混合反應，最終起到殺傷敵人的作用。不過，人們還是希望仿生學能夠更多的為人類造福，而不是為戰爭服務。
　　【責任編輯】龐云