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模倣的學問(2003年4月4日)


  傳説古人看見風吹蓬草而發明了車輪;被帶齒的葉子劃傷了皮膚而發明了鋸;達芬奇模倣飛鳥而設計了撲翼機,自然界中的生靈給我們帶來了豐富的想象力。一種研究模擬生物的方法在1960年産生了,這就是倣生學。40多年來,我們借助倣生技術已經能夠遙測60億光年遠的天體,下探萬米深的洋底,細窺原子的秘密……而且最新的發現又讓我們對倣生學大為驚嘆!

  倣生學前沿——研究龍蝦嗅覺

  像龍蝦這樣的甲殼類動物在水中是用觸角代替鼻子的功能去尋找食物和嗅出身邊危險的。這是一個試驗,我們看到的是氣味流動的圖像,每當龍蝦擺動一下觸角,就表明它嗅了一次,龍蝦的觸角隨時分析這些水的成分和所含物質的濃度,從而判斷周圍的環境,目前研究人員正在進一步研究龍蝦觸角是如何分析水的成分的,將來利用龍蝦嗅覺的倣生學原理,可以研究新型的水下化學成分傳感器,更好地探測河流、海洋受化學污染的情況。

  倣生學就是研究某些生物的特徵,製造出具有這些生物特徵的人工系統,簡單的説就是臨摹自然的優點,地球上大多數的生物都經過了20億年的進化,它們所具有的適應大自然的豐富經驗,給科學家帶來了許多靈感。

  研究小昆蟲製造倣生機器人

  蒼蠅靈活自如的飛行技巧,全得益於它的翅膀結構。科學家用不銹鋼薄片複製蒼蠅的翅膀模擬它的運動模式,製造出微型飛行器,它在災難救援、電子偵察等勘探領域大顯身手。不只是蒼蠅,就連蟑螂也能給科學家提供設計的靈感,科學家們發現,蟑螂在高速運動時,每次只有三條腿著地,一邊兩條,一邊一條,循環反復,根據這個原理,倣生學家製造出機械蟑螂,它不僅每秒能夠前進三米,而且平衡性非常好,能夠適應各種惡劣環境,不遠的將來,太空探索或排除地雷,就是它的用武之地。

  倣生學前沿——倣生視網膜,給盲人帶來光明

  倣生學,不只是局限于對動植物的研究,人類本身的生理特徵也可以成為研究的對象。最近,科學家通過研究人的視網膜而製造出一種倣生視網膜,這種人造視網膜的直徑只有2毫米,但上面卻覆蓋有4000多個微型感光器。醫生把人造視網膜植入患者眼球的背面,直接和眼球上的視神經相連。人造視網膜受到光線的刺激,會將光能轉化為微弱的電脈衝,刺激視網膜上的視神經,這也許能幫助盲人實現見到光明的願望。

  倣生神經原,刺激肌肉恢復活力

  科學家的想象力一下子從倣生視網膜中得到拓展,倣生神經元接踵而至,這讓偏癱或肌肉無力患者有了恢復行動自由的可能。這個倣生神經元其實就是一個微型電子裝置,把它植入患者的肌肉後,它能與人的神經系統一道工作,代替因中風而受損的神經元,執行感知和運動功能,併發出電流刺激患者已經萎縮的肌肉。研究人員希望,將來倣生神經元還可以幫助癱瘓的患者重新站起來。倣生技術在醫療領域已嶄露頭角,相信不久的將來它會更好地造福於人類。

  人雖是萬物之靈,但地球上很多生物所具有的適應大自然的豐富經驗和技能,卻是人類不可比擬的。模倣它們的優點,開啟我們的智慧,博大深邃的大自然永遠是我們的良師益友。

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