仿生技术让“不能”变得“可能”

仿生技术

从嘤嘤飞舞的昆虫，到咆哮山河的猛兽，从展翅翱翔的飞鸟，到深海游弋的鱼群，自然的多姿多彩，让生命蓬勃张扬，也让整个世界充满了灵气。进化的鬼斧神工，让人类可以从动物们身上学到很多神奇的本领，促进科技进步，改善大众生活。而从动物身上获取灵感的法宝就是“仿生技术”。

什么是“仿生技术”？原来这是一门将生物技术与物理、工程、控制技术等多种学科综合起来的新型学科，通过研究自然界生物体的构造与机能，为工程提供有用的借鉴和研发思路。科学家们可以从植物和动物身上学到很多知识和技能，我们今天主要讲述从动物身上能学到哪些独家本领，以及这些本领是如何影响和改变我们生活的。

从昆虫和鸟类身上学习高超本领

环保节能的生物光源

我们通常用的白炽灯，通过电流对电阻丝加热进而发光，属于热光源，这类光源的转化效率比较低，大部分电能变成热能消耗掉了。在能源匮乏的今天，节能环保是国家科技发展的战略方向，寻找只发光不发热的光源是科学家们的研究领域之一，此时，小小的昆虫便帮上了大忙。那么何种光源只发光不发热呢？当然是生物光源，也叫“冷光源”，那些漫天打着灯笼的萤火虫就是无声的老师。

科学家们研究发现，萤火虫腹部的发光器具有奇特的结构，分为发光层、透明层和反射层三部分。发光层产生发光细胞，发光细胞里含有荧光素和荧光酶两种物质，通过与萤火虫体内的水分发生氧化反应而产生荧光，光能的转化率达到100%。受此启发，科学家们人工合成了荧光素和荧光酶，进而制造出生物灯具，广泛应用在不能利用电源的危险环境中。

让蝴蝶帮助我们为手机省电

我们买一件颜色靓丽的新衣服，穿上没几年就会褪色，那么为何五颜六色的蝴蝶、野鸡、孔雀就能让羽毛保持艳丽如初呢？这是因为，我们穿的衣服是通过化学手段上色的，经过不断地磨损和颜料的氧化反应，衣服便褪色了；而昆虫和鸟类毛发上面具有晶体状微细胞结构，可以将阳光散射成多种颜色的单色光，再投射到我们的眼睛里，看上去就变得色彩斑斓了。由此可知，昆虫和鸟类的羽毛上并没有颜色，它们只是通过散射太阳光把自己变得漂亮起来，是通过物理手段“梳妆打扮”罢了。

科学家们仔细研究了蝴蝶的翅膀结构，发现了这些秘密，进而将这项技术用在了手机上面。著名的电子通讯商高通公司将手机的显示屏表面做成了蝴蝶翅膀的微观晶体状结构，通过散射太阳光让显示屏“发光”，即使在太阳高照之下，也不影响手机阅读，并且，本来没有颜色的显示屏，竟然变得流光溢彩起来，同时，还比普通手机节电90%以上。如此酷的手机，是不是很想拥有一台？

仿生蚂蚁团队高能高效

我们都知道，蚂蚁不但是世界上最勤劳的物种之一，它们还是群居的社会性昆虫。蚂蚁力气很大，可以举起或者搬运比自己身体重50倍的物体，蚂蚁成员之间分工合作，配合默契，工作效率很高。因此，研究和制造仿生蚂蚁，替代人类去做一些很艰难和危险的事情，是科学家们一直努力研究的课题。

▲仿生蚂蚁

经过努力，德国菲斯特公司成功研制出仿生机械蚂蚁，个头只有135mmx150mm，这些小蚂蚁通过压电陶瓷弯曲传感器去控制腿和长螯，利用3D立体照相机进行自我定位和检测目标，通过特定的通讯方式彼此交流。仿生蚂蚁团队可以担任生产线的组装工人，为通讯商组装手机，比采用人工操作更加快速高效。而美国斯坦福大学的科学家们则成功研制出更小的仿生蚂蚁，可以水平和垂直拖曳比自身质量大几倍的物体，这些小家伙可以替代我们进入一些危险区域完成任务。

▲机械蚂蚁

仿生人类还是幻想吗？

生物仿生技术不仅仅是从动物那里学习新本领，除此之外，还包括仿生人类的技术。这项技术深入研究人体本身，制造仿生器官，为伤残人士提供技术上的支持，帮助他们自食其力，过上高质量的生活。还有一类人体仿生技术，是通过研发穿戴的外挂设备，可以成倍增加人的力气和速度，让普通的人变成“超人”。

人体仿生技术造福残疾人士

这个世界上有很多不幸的人，他们或者遭遇车祸失去手足，或者罹患恶疾而失明、失聪等，更有因为器官衰竭而挣扎于死亡线上的病人，急需健康的器官起死回生。帮助他们站起来、跑起来、重见光明、重新听到天籁之音是科学家肩负的沉甸甸的使命。

▲仿生外骨骼

经过多年的发展，如今的人体仿生技术日趋成熟，美国EksoBionics公司成功研发人体机械外骨骼，通过电池驱动电机进而驱动外骨骼，帮助病人活动身体。这种仿生外骨骼广泛应用在康复中心，帮助那些因中风、外伤或因脑瘫等疾病而行动困难的患者。

▲意念控制假肢

对于肢体残疾瘫痪在床的病人，安装假肢是必然的选择。假肢技术也越来越先进，目前比较流行的是通过人脑意念控制假肢。病人经过训练之后，可以自如地控制假肢进行活动，甚至还能对物体进行感知，非常神奇。然而，这类假肢需要通过外科手术在人体内植入电极，通过神经信号驱动假肢活动，属于典型的人体侵入性技术。如今，有一种既能实现灵活自如地控制假肢，又不需要外科手术的世界先进技术，叫“非侵入性大脑活动捕捉”技术，可以通过脑电图扫描器来实现这个功能。病人只需要佩戴一个装置，就能通过人脑意念控制假肢活动，避免了外科手术的痛苦，毕竟，身体挨上几刀，总不是开心的事情。除了上述设备之外，人工心脏、人工胰脏、可佩戴肾脏等新技术的发展，都给病人们带来了福音。

穿戴式仿生设备让我们变“超人”

人是世界上最聪明的灵长类动物，但是却很容易受伤害，同时，在力量和速度方面，存在着先天性的缺陷。有没有办法让我们变得既有力量、又能行走如飞呢？现代科技给出了响亮的回答：可以！

日本羽田机场为了提高工人的工作效率，尤其是帮助岁数大的工人获得像年轻人一样的力量，专门为每位职工配备了一套机器吊带，帮助他们搬运沉重的物体。这套设备叫“混合辅助假肢”，自重6磅，可以穿在腰间，加强腰部支撑，提高使用者的腿部力量。这套设备通过读取使用者大脑发给假肢的信号，启动自备的马达，开始投入工作，成倍地提高工人的工作效率。

本文来源：今日科协