有趣的仿生学
仿生学作为一门独立的学科，形成于20世纪60年代，它是研究生物系统的结构性质、能量转换和信息加工的处理过程，用来改善现有的或创造出崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的边缘学科。仿生技术是发展现代高新技术的重要途径之一。下面撷取几例，仅供参考。
1.我国最早的仿生师——鲁班
我国古代杰出的工匠鲁班，在一次上山砍树时，不小心被一棵小草划破了手，他好奇地摘下草叶观察，发现叶子的边缘有许多锋利的小齿，于是突发奇想，把铁片磨上细齿用来割断木头，从而发明了常用的伐木工具——锯。锯的发明是鲁班从带齿的叶片中得到的启发。
2.高速运转的恐龙钻头
鸭嘴龙是史前巨型爬行动物，它的牙床上重重叠叠地长了约600颗牙齿，如果上面的牙齿磨掉了，下面的牙齿会补上去。而且它们的牙齿是双层的，外层的牙不能用了，内层的牙齿会自动补上去，继续使用。机械师模仿鸭嘴龙牙齿的排列形状，设计制成了一种恐龙钻头。这种新钻头模仿鸭嘴龙的牙齿，装了两层，内层的齿嵌在较软的材料上，当外层的齿磨坏了不能使用时，钻头继续旋转，就会将这层软材料磨掉，露出内层的齿，于是钻头又可以继续钻进了。这种钻头减少了调换钻头的麻烦，其钻进速度是一般钻头的2倍。真想不到，史前生物鸭嘴龙也能为现代科学技术作出贡献。
3.长颈鹿与飞行“抗荷服”
长颈鹿身高在5ｍ以上，头部距离心脏有3ｍ，如果没有较高的血压，头部大脑就可能得不到充分的血液供应。据测定，长颈鹿体内的血压高达46.55 kpa（350 mmHg），比人的血压高出2倍，其他动物如果血压升到这样高的值，会立即因脑溢血而死亡。长颈鹿为什么不会发生脑溢血呢?原来，长颈鹿的那层紧绷在身上的皮肤能抵抗突然升高的血压。当它低头喝水时，紧绷的皮肤会牢牢箍住血管，不会因血压的突然增加而被胀破。科学家受到启示，仿照长颈鹿的皮肤发明了一种飞行服——“抗荷服”。抗荷服上有一套充气装置，随飞机速度的增高，会自动充入一定数量的气体，压缩空气对血管产生一定的压力，从而使人的血压保持正常。
4.导弹命名“响尾蛇”
响尾蛇是一种毒性很强的蛇，它有一种能探测周围环境中温度变化的红外线感受器，长在眼睛与鼻孔之间的颊窝里。由于响尾蛇具备了这种红外线感受器，在黑暗中它们也能准确无误地捕获猎物。美国的海军武器研究中心，利用这一原理，研制出一种空对空导弹的敏感器件，能够探测来自目标的红外辐射，从而紧紧盯住目标不放，直至把目标摧毁。这种导弹被命名为“响尾蛇导弹”。
5.伪装之王变色龙
变色龙学名叫“避役”，它行动迟缓，面目可憎，浑身灰黑色，布满了疙瘩，可是它在一昼夜中能变换六七种颜色。原来，变色龙的表皮上有一个变幻无穷的“色彩仓库”，贮藏着黄、绿、蓝、黑等各种色素细胞，一旦周围的光线、温度和湿度发生了变化，变色龙就随之改变体色。科学家仿照变色龙，制成了一种既能自动改变颜色，又始终与环境保持一致的军装。这种军装用一种对光线变化很敏感的化学纤维织成的布料制成，士兵穿上这种军装，可以放心地从白色的沙滩上登陆，在森林里军装是深绿色，在草地时又变成麻黄色的了。
6.鳄鱼“流泪”的启示
凶残的鳄鱼在吞食猎物时，总是流着“悲伤”的眼泪，其实它们是在排泄体内多余的盐分。生活在咸水或海水中的动物，体内都有一种特殊的结构——盐腺，各种盐腺的构造基本一样：中间是一根导管，并向四周辐射出几千根细管，跟血管交织在一起，把血液中多余的盐分离析出来，再通过中央的导管排泄到体外。盐腺是动物天然的“咸水淡化器”。科学家从鳄鱼的流泪中得到启示，模仿盐腺的构造原理，研制出一种体积小、重量轻、效率高、价格低的“仿生海水淡化器”，从根本上解决了海水淡化的难题。
7.潜艇的外形像海豚
海豚的游泳速度每小时可达一百多千米，轻而易举地超过现代潜艇的航速，海豚游泳快的秘密在哪里?仿生学家解剖了海豚，发现其皮肤的特殊构造是游得快的主要原因。海豚的皮肤外面的表皮薄而富有弹性，里面的真皮像海绵一样有许多突起，突起之间充满了液体。这种皮肤能吸收和消除阻碍前进的水流漩涡，使水流从它表面顺利通过，因而游得快。仿生学家模仿海豚的皮肤，用富有弹性的有机材料制成一种多层的潜艇外壳，潜艇穿上这层人造“皮肤”，航行时阻力可减少一半，航速提高了1倍。
8.啄木鸟与新型安全帽
啄木鸟一天可发出约600次的啄木声，每啄一次的速度可达每秒55 km，比空气中的音速还快1.6倍，而它的头部摇动的速度更快，约每小时2 080 km，比射出的子弹还要快1倍多。此时，它头部所受到的冲击力约为所受重力的1 000倍，而一辆时速为56 km的汽车撞在一堵墙上，受到的冲击力仅为所受重力的10倍。为什么啄木鸟头部可以受到那么大的力却不会得脑震荡?原来啄木鸟头部的构造与众不同：它的脑壳非常坚硬，周围还有一层海绵状的骨骼，里面吸附着很多液体，能起消震作用，头部两侧还有强有力的肌肉系统，也能起到防震作用。科学家由此得到启示，设计了一种新型安全帽：外壳坚固，里层松软，帽子下部有一个保护领圈，避免因突然而来的旋转运动所造成的脑损伤。经过实验，比一般防护帽效果好得多。
军用生物技术摭谈
在引发21世纪武器装备革命性变化的高新技术中，迅速兴起的生物技术发展势头正猛。生物技术包括遗传工程、细胞工程和发酵工程等。有识之士认为，现代化生物武器是一支重要的威慑力量，在未来战场上，比原子弹更可怕。军用生物技术除了人们已知的基因武器外，还有下述几种。
1.生物电子装备
利用生物技术设计生产的大分子系统是更高级的电子材料，能够确保电子装备在各种复杂条件下稳定工作。生物色素等分子结构偶矩极大的生物材料，能对电子信息进行高速传递、存储和处理，不受电磁干扰和核电磁脉冲的影响。用这种电子元件制成雷达，可在强烈电磁干扰下，全天候、全方位、远距离搜索发现目标与识别敌我，且比使用同功率、同频率范围的无线电台和干扰机的体积缩小1／3～1／2，重量减至1／10。即将问世的蛋白质分子计算机将比现有计算机的运算速度和存储能力高出数亿倍，并具有人脑的分析、判断、联想、记忆等功能。生物电子装备使军队指挥自动化、军事情报的获取、武器的精确制导等发生质的变化。
2.生物炸弹
利用生物技术制造炸药，生产过程简单，成本低，燃烧充分，爆炸力强，威力比常规炸药大3倍～6倍。
3.军用仿生导航系统
自然界中许多动物具有导航能力。经研究发现，某些鸟的导航系统重量只有几毫克，但精度极高，探测误差小于0.03μw／ｍ２。目前已有一些国家在利用生物技术手段模拟动物导航系统来简化军事导航系统，以提高精度，缩小体积，减轻重量，降低成本，增强在复杂条件下的导航能力。
4.军用生物传感器
把生物活性物质，如受体、酶、细胞等与信号转换电子装置结合成生物传感器，不但能准确识别各种生化战剂，而且探测速度快，判断准确，与计算机配合可及时提出最佳防护和治疗方案。生物传感器还可通过测定炸药、火箭推进剂的降解情况来发现敌人库存的地雷、炮弹、炸弹、导弹等的数量和位置，它将成为实施战场侦察的有效手段。
5.军用生物能源
目前作战兵器的机动装备大都以汽油、柴油为燃料，跟踪补给任务重、要求高。生物技术可利用红极毛杆菌和淀粉制成氢，每消耗1 g淀粉就可生产出1 mL氢。氢和少量燃料混合即可替代汽油、柴油。这样，机动装备只需要带少量的淀粉，就能进行长时间、远距离的机动作战。日本、加拿大等国把细菌和真菌引入酵母，酶解纤维生产酒精，或用基因工程方法使大肠杆菌把葡萄糖转化为酒精，代替汽油或柴油，可随时为军队的机动装备提供大量的生物燃料。
6.军用生物装备
利用生物技术就地取材提供高能量的作战军需品。如美国陆军研究发展和工程中心已经从织网蜘蛛中分离出合成蜘蛛丝的基因，从而能够生产蛛丝，还将基因转移到细菌中生产可溶性丝蛋白，经浓缩后可纺成一种特殊的纤维，其强度超过钢，可用于生产防弹背心、防弹头盔、降落伞绳索和其他高强度轻型装备。此外，用于武器装备维修的生物粘合剂和用于舰船防腐、防污的生物涂料的研究目前都取得了较大进展。
7.军用生物医药
生物技术可以制造新的疫苗、药物和产生新的医疗方法。如利用生物技术生产血液代用品，已受到西方国家军方的重视，人造血液可望缓解战场上血浆供需的矛盾。利用生物技术生产的高效伤口愈合材料，有望进行大规模生产。科学家正研究用重组工程菌进一步提高甲壳多糖(有促进伤口愈合功能)的产量。美国一些公司与陆军医疗中心正在从事用生物技术合成“人造皮肤”的研制工作。
8.军用仿生动力
人和动物的肌肉具有惊人的力量。目前，军事仿生专家已用聚丙烯酸等聚合物制成了“人工肌肉”，把它放入碱或酸介质中，便能产生强烈的收缩或舒张，直接把化学能转变成机械能。为尽快制造出实用的肌肉发动机，专家们设想用胶原蛋白作材料。胶原蛋白分子呈螺旋状结构，类似弹簧。将其浸入溴化锂溶液后即迅速收缩，从而做功；用纯水洗去溴化锂，胶原蛋白就恢复到原来长度。这种“肌肉发动机”，没有齿轮、活塞和杠杆，故体积小，重量轻，无噪音，操作简便，还省去了体大笨重易燃易爆的油箱，用来制造兵器，可大大提高机动力和生存力。
9.军用动物武器
训练动物参战，自古有之。但人们运用生物工程技术，创造一些“智商”高、体力强、动作敏捷和繁殖速度快、饲养简单的动物，去充当“战斗动物兵”并非遥远。1992年，世界上第一头带有人类遗传特征的短吻、小眼睛、大耳朵，被称为“阿斯特里德”的猪在伦敦降生了。到第二年，英国就有37头猪带上了人类基因。科学家的目的是为了实现跨物种器官移植，以解决目前移植手术中器官来源不足的难题。但由此不难想象，随着基因技术的发展，用这一技术“杂交”出一些怪物，甚至“人”，完全是有可能的。
10.神经网络计算机
由于对人脑的神经细胞及其网络结构活动机制的研究取得重大突破，从20世纪80年代末开始，模仿这种机制运行的神经网络计算机的研制已迈出重要步伐。1989年，日本三菱电器公司试制出世界上第一台光学神经网络计算机，该机能识别26个字母。现在，在美国、日本、俄罗斯和西欧诸国，已有多种神经网络器件、神经网络软件包和神经网络计算机问世。美国国防部高级研究计划局认为：神经网络计算机是解决机器智能的惟一希望，因此决心像当年支持研制原子弹那样支持这方面的研究工作。美国的300多家大公司和许多大学正抓紧从事有关的研究工作。神经网络计算机在美国被列入国防科研项目之中，它在军事上可得到广泛的应用，如可用于景物的图像识别，雷达和声纳的信号处理，以及目标识别、自动控制系统、智能机器人等。
11.军用生物材料
生物材料具有重要的军事应用价值。军用生物材料是利用现代生物技术对传统材料进行改造或加工而生产出的具有特殊性能的军用材料。目前各国正在研究的生物材料有蛋白质纤维、塑料、粘合剂、涂料、弹性体、润滑剂、复合材料和光电材料等，预计在今后数十年内有多种生物材料可用于部队的装备。
此外，生物加工处理技术在军事领域也有广泛的应用。目前正在研究的课题有危险废物的生物降解、生物除雷、生物防核污染等。已经初步研制出了无腐蚀、低成本、高速度、便于携带的清洗生化战剂的生物酶，清除残余地雷、水雷，降解TNT炸药的生物体和能除去铀、镭、砷等有毒有害元素的微生物。
联系客服
