仿生學的誕生
自古以來,自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。
種類繁多的生物界經過長期的進化過程,使它們能適應環境的變化,從而得到生存和發展。勞動創造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言,在長期的生產實踐中,促進了神經係統尤其是大腦獲得了高度發展。因此,人類無與倫比的能力和智慧遠遠超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手製造工具,從而在自然界裏獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認識生物界上,而且還運用人類所獨有的思維和設計能力來模仿生物,通過創造性的勞動增加自己的本領。魚兒在水中有自由來去的本領,人們就模仿魚類的形體造船,以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期,我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而遊動、轉彎,他們就在船尾上架置木槳。通過反複的觀察、模仿和實踐,逐漸改成櫓和舵,增加了船的動力,掌握了使船轉彎的手段。這樣,即使在波濤滾滾的江河中,人們也能讓船隻航行自如。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之,三日不下”。然而人們更希望仿製鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。
早在400多年前,意大利人利奧那多·達·芬奇和他的助手對鳥類進行仔細的解剖,研究鳥的身體結構並認真觀察鳥類的飛行。設計和製造了一架撲翼機,這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構造和功能的發明與嚐試,可以認為是人類仿生的先驅,也是仿生學的萌芽。
隨著生產的需要和科學技術的發展,從20世紀50年代以來,人們已經認識到生物係統是開辟新技術的主要途徑之一,自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創造發明的源泉。人們用化學、物理學、數學以及技術模型對生物係統開展著深入的研究,促進了生物學的極大發展,對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想,而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作,開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創造新的工程技術設備。生物學開始跨入各行各業技術革新和技術革命的行列,而且首先在自動控製、航空、航海等軍事部門取得了成功。於是生物學和工程技術學科結合在一起,互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學。
仿生學作為一門獨立的學科,於1960年9月正式誕生。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是“分析生物係統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工係統的設計上去嗎?”斯梯爾為新興的科學命名為“Bionics”,希臘文的意思代表著研究生命係統功能的科學,1963年我國將“Bionics”譯為“仿生學”。斯梯爾把仿生學定義為“模仿生物原理來建造技術係統,或者使人造技術係統具有或類似於生物特征的科學”。簡言之,仿生學就是模仿生物的科學。確切地說,仿生學是研究生物係統的結構、特質、功能、能量轉換、信息控製等各種優異的特征,並把它們應用到技術係統,改善已有的技術工程設備,並創造出新的工藝過程、建築構型、自動化裝置等技術係統的綜合性科學。從生物學的角度來說,仿生學屬於“應用生物學”的一個分支;從工程技術方麵來看,仿生學根據對生物係統的研究,為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物係統的技術係統,為人類造福。
話說仿生學
蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是“天然導航儀”,人們模仿它製成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“複眼”,由3000多隻小眼組成,人們模仿它製成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以製成“蠅眼照相機”,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量複製電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有著怎樣的奇異本領?它們的種種本領,給了人類哪些啟發?模仿這些本領,人類又可以造出什麼樣的機器?這裏要介紹一門新興科學——仿生學。
仿生學是生物學、數學和工程技術學相互滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。仿生學是研究生物係統的結構和性質以為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。
仿生學一詞是1960年由美國斯蒂爾根據拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性質”的意思)構成的。他認為“仿生學是研究以模仿生物係統的方式、或是以具有生物係統特征的方式、或是以類似於生物係統方式工作的係統的科學”。盡管人類在文明進化中不斷從生物界受到新的啟示,但仿生學的誕生,一般以1960年全美第一屆仿生學討論會的召開為標誌。