仿生技術讓“不能”變得“可能”

王麟

從嚶嚶飛舞的昆蟲，到咆哮山河的百獸，從展翅翱翔的飛鳥，到深海游弋的魚群，自然的多姿多彩，讓生命蓬勃張揚，也讓整個世界充滿了靈氣。進化的鬼斧神工，讓人類可以從動物們身上學到很多神奇的本領，研究各類動物的身體構造與獨家秘笈，我們也會在探索自然的過程中掌握各類獨門暗器，促進科技進步，改善大眾生活。而從動物身上獲取獨門暗器的法寶就是“仿生技術”。

什么是“仿生技術”？原來這是一門將生物技術與物理、工程、控制技術等多種學科綜合起來的新型學科，通過研究自然界生物體的構造與機能，為工程提供有用的借鑒和研發思路。科學家們可以從植物和動物身上學到很多知識和技能，我們今天主要講述從動物身上能學到的獨家本領，以及這些本領是如何影響和改變我們生活的。

從昆蟲和鳥類身上學習高超本領

要想了解生物仿生技術，先從地球上數量最多的昆蟲和鳥類開始吧。千萬別小看那些“朝生暮死”的昆蟲和嘰嘰喳喳的小鳥，經過億萬年的進化，它們都具備了獨特的謀生本領，很多技能是我們人類望塵莫及的。

環保節能的生物光源

我們通常用的白熾燈，通過電流對電阻絲加熱進而發光，屬于熱光源，這類光源的轉化效率比較低，大部分電能變成熱能消耗掉了。在能源匱乏的今天，節能環保是國家科技發展的戰略方向，尋找只發光不發熱的光源是科學家們的研究領域之一，此時，小小的昆蟲便幫上了大忙。那么何種光源只發光不發熱呢？當然是生物光源，也叫“冷光源”，那些漫天打著燈籠的螢火蟲就是無聲的老師。

科學家們研究發現，螢火蟲腹部的發光器具有奇特的結構，分為發光層、透明層和反射層三部分。發光層產生發光細胞，發光細胞里含有熒光素和熒光酶兩種物質，通過與螢火蟲體內的水分發生氧化反應而產生熒光，光能的轉化率達到100%。受此啟發，科學家們人工合成了熒光素和熒光酶，進而制造出生物燈具，廣泛應用在不能利用電源的危險環境中。

讓蝴蝶幫助我們為手機省電

我們買一件顏色靚麗的新衣服，穿上沒幾年就會褪色，那么為何五顏六色的蝴蝶、野雞、孔雀就能讓羽毛保持艷麗如初呢？即使風吹雨打也奈何不了它們。這是因為，我們穿的衣服是通過化學手段上色的，經過不斷地磨損和顏料的氧化反應，衣服便褪色了。而昆蟲和鳥類毛發上面具有晶體狀微細胞結構，可以將陽光散射成多種顏色的單色光，再投射到我們的眼睛里，看上去就變得色彩斑斕了。由此可知，昆蟲和鳥類的羽毛上并沒有顏色，它們只是通過散射太陽光把自己變得漂亮起來，是通過物理手段“梳妝打扮”罷了。科學家們仔細研究了蝴蝶的翅膀結構，發現了這些秘密，進而將這項技術用在了手機上面。著名的電子通訊商高通公司將手機的顯示屏表面做成了蝴蝶翅膀的微觀晶體狀結構，通過散射太陽光讓顯示屏“發光”，即使在太陽高照之下，也不影響手機閱讀，并且，本來沒有顏色的顯示屏，竟然變得流光溢彩起來，同時，還比普通手機節電90%以上。如此酷的手機，是不是很想擁有一臺？

仿生螞蟻團隊高能高效

我們都知道，螞蟻不但是世界上最勤勞的物種之一，它們還是群居的社會性昆蟲。螞蟻力氣很大，可以舉起或者搬運比自己身體重50倍的物體，螞蟻成員之間分工合作，配合默契，工作效率很高。因此，研究和制造仿生螞蟻，替代人類去做一些很艱難和危險的事情，是科學家們一直努力研究的課題。經過努力，德國菲斯特公司成功研制出仿生機械螞蟻，個頭只有135mm×150mm，這些小螞蟻通過壓電陶瓷彎曲傳感器去控制腿和長螯，利用3D立體照相機進行自我定位和檢測目標，通過特定的通訊方式彼此交流。仿生螞蟻團隊可以擔任生產線的組裝工人，為通訊商組裝手機，比采用人工操作更加快速高效。而美國斯坦福大學的科學家們則成功研制出更小的仿生螞蟻，可以水平和垂直拖曳比自身質量大幾倍的物體，這些小家伙可以替代我們進入一些危險區域完成任務。

仿生人類還是幻想嗎？

生物仿生技術不僅僅是從動物那里學習新本領，除此之外，還包括仿生人類的技術。這項技術深入研究人體本身，制造仿生器官，為傷殘人士提供技術上的支持，幫助他們自食其力，過上高質量的生活。還有一類人體仿生技術，是通過研發穿戴的外掛設備，可以成倍增加人的力氣和速度，讓普通的人變成“超人”。

人體仿生技術造福殘疾人士

這個世界上有很多不幸的人，他們或者遭遇車禍失去手足，或者罹患惡疾而造成失明、失聰等，更有因為器官衰竭而掙扎于死亡線上的病人，急需健康的器官起死回生。幫助他們站起來、跑起來、重見光明、重新聽到天籟之音是科學家肩負的沉甸甸的使命。經過多年的發展，如今的人體仿生技術日趨成熟，美國EksoBionics公司成功研發人體機械外骨骼，通過電池驅動電機進而驅動外骨骼，幫助病人活動身體。這種仿生外骨骼廣泛應用在康復中心，幫助那些因中風、外傷或因腦癱等疾病而行動困難的患者。

對于肢體殘疾癱瘓在床的病人，安裝假肢是必然的選擇。假肢技術也越來越先進，目前比較流行的是通過人腦意念控制假肢。病人經過訓練之后，可以自如地控制假肢進行活動，甚至還能對物體進行感知，非常神奇。然而，這類假肢需要通過外科手術在人體內植入電極，通過神經信號驅動假肢活動，屬于典型的人體侵入性技術。如今，有一種既能實現靈活自如地控制假肢，又不需要外科手術的世界先進技術，叫“非侵入性大腦活動捕捉”技術，可以通過腦電圖掃描器來實現這個功能。病人只需要佩戴一個裝置，就能通過人腦意念控制假肢活動，避免了外科手術的痛苦，畢竟，身體挨上幾刀，總不是開心的事情。除了上述設備之外，人工心臟、人工胰臟、可佩戴腎臟等新技術的發展，都給病人們帶來了福音。

穿戴式仿生設備讓我們變“超人”

人是世界上最聰明的靈長類動物，但是卻很容易受傷害，同時，在力量和速度方面，存在著先天性的缺陷。有沒有辦法讓我們變得既有力量、又能行走如飛呢？現代科技給出了響亮的回答：可以！日本羽田機場為了提高工人的工作效率，尤其是幫助歲數大的工人獲得像年輕人一樣的力量，專門為每位職工配備了一套機器吊帶，幫助他們搬運沉重的物體。這套設備叫“混合輔助假肢”，自重六磅，可以穿在腰間，加強腰部支撐，提高使用者的腿部力量。這套設備通過讀取使用者大腦發給假肢的信號，啟動自備的馬達，開始投入工作，成倍地提高工人的工作效率。

（責任編輯：司明婧 責任校對：曹偉）