浅谈我国仿生学现状

浅谈我国仿生学现状
摘要：
大自然经数十亿年的进化，已形成了最优化的形态结构、最有效的物质代谢和再循环系统、最精确的控制和协调过程。

“经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库！”在历史长河中人们发现一些生物的特殊功能或习性经过亿万年的自然进化不仅完全适应自然而且接近完美，实际上超越了人类在此方面的技术水平。

人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。

大自然的奥秘不胜枚举。

每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。

针对其而诞生的学科就叫仿生学。

简而言之，仿生学就是模仿生物的科学。

它通过研究生物系统的结构、功能在能量转换、信息处理、生物合成、结构力学、流体力学、定向、导航、探测等许多方面表现出的各种优异的特性，以为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径，改善已有的工程技术设备，创造出新的工艺过程、建筑构型、自动装置等技术系统，为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的工程装置。

仿生学是一门高度综合的学科，物质科学、信息科学、脑与认知科学、数学、生命科学、工程技术学、系统科学甚至经济学等等多学科相互交叉、渗透。

1960年9月12日在美国俄亥俄州的空军基地召开了第一次世界仿生学大会,直到此时仿生学才正式确立，仿生学理论的发展使人类的仿生技术得到迅速提高。

会议讨论了由生物系统所得到的概念能否应用于人工制造的信息加工系统的问题，即生物学能否与技术工程科学相结合的问题，并把这一新学科命名为“Bionics”。

会议还确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号两边分别连着解剖刀和电烙铁。

1963年，中国将“Bionics”译为“仿生学”。

国外在仿生学领域的研究已是硕果累累！由于历史的原因，相比之下，我国就显得落后了，不过，近年来情况似乎有了变化。

关键词：中国仿生学现状
2003年9月19日，中国科学院院长路甬祥在会见陪同德国总统来华访问的德意志研究联合会主席温奈克教授一行时，多次强调仿生学研究的重要性，并准备在一些研究所部署课题。

经双方商定，明年"中德中心"将和中科院共同举办仿生学领域的研讨会。

10月，召开了香山科学会议第214次学术讨论会。

主题为“飞行和游动的生物力学与仿生技术”。

童院士解释说，飞行和游动的生物力学的研究意义在于，其一，生物学家需要了解飞行和游动的力学效应对生物的生理学、生态学、动物行为及进化的相互影响；其二，工程技术专家需要利用仿生力学的研究成果改进人造机器，特别是仿生机器学正迅速崛起，亟需本学科的理论加以支撑。

仿生学的研究近年来在国际上异常活跃，不管是《自然》还是《科学》都刊发了相当数量的文章，机器鱼和机器昆虫的研究已形成热潮，我国也应该加入到这个行列中。

12月11日到13日，召开了第220次学术讨论会，主题为“仿生学的前沿和未来”。

内容包括仿生结构与力
学，仿生材料与微系统，仿生功能及物质，能量，信息传输，痱子仿生，仿生进化与认知，仿生学的理论及其应用的发展战略等6项中心议题。

路甬祥院长和杜家纬研究员非别作了“仿生学的科学意义与发展”和“21世纪仿生学研究对我过高新技术产业的影响”的评述报告。

会议指出：国际上非常重视仿生学研究，许多国家都指定了相关的中长期研究规划，准备在仿生学领域展开源头创新竞争。

这两次会议的召开对我国仿生学发展的意义非同寻常。

香山科学会议的主题选取，优先
考虑影响面广，带动性大，极富挑战性的方向和前沿领域，并以国家的战略目标为取向，同时关注那些怪诞的科学现象和科学疑难问题。

会议讨论，交流，评论科学的最新进展，特别关注突破性进展，展望与预测科学的发展方向，洞察科学发展机遇，探索新方向，新生长点，孕育新苗头，以及探讨和发展新方法，新途径的应用。

具有高度的前沿性。

如此级别的会议在两个月的时间内两度聚焦仿生学，意外着我国的仿生学迎来了它发展的春天！
值得可喜的是近年来，我国科学家在仿生学领域的研究也有所收获。

中科院自动化所研制出的多仿生机器鱼群体协作与控制仿生机器鱼，是参照鱼类游动的推进机理，利用机械、电子元器件和智能材料实现水下推进的运动装置，具有低噪声、高效率、高机动性、高隐蔽性等特点。

机器鱼在多传感器信息融合的基础上，完成感觉周围环境的情况、变化等各项外界感觉功能，再由“心脏”--中央处理器(CPU)将获取的各种信息综合起来进行处理，从而使其理解自己的状态和所处外部环境信息，实时做出运动控制决策：躲避障碍物、寻找最优路径；实现自主移动、定点运动、轨迹跟踪、漫游等。

研制专家说，仿生机器鱼研制成功，将为中国深入研究水下仿生推进的水动力学性能，建立高效、高速、高机动性的微小型仿生机器鱼平台；开展多机器鱼协调游动的水动力学模型研究、多机器鱼协调运动、队形控制等一系列关键技术研究；为未来水下机器人的微小型化、群体协作等，提供必要的理论和技术基础。

我国第一条可用于实际应用的仿生机器鱼已研制成功。

这台外形酷似活鱼的机器人身长１．２３米，通体色泽亮黑，头部上方一个显眼的白色圆顶ＧＰＳ导航天线。

机器鱼由动力推进系统、图像采集和图像信号无线传输系统、计算机指挥控制平台３部分组成，主要制造材料为玻璃钢和纤维板。

它的最高时速可达１．５米／秒，能够在水下连续工作２至３小时。

经过进一步完善，鱼形机器人不仅可以用于水中摄影、探查狭窄水道、测绘海底地形地貌，还可进行水中养殖和捕捞，并作为水下微小型运载工具，在抢险搜救等工作中发挥重要作用。

我国昆虫学家对“昆虫是如何寻找配偶的”怀有浓厚的兴趣。

他们把雌蛾关在一个小铁丝笼里，置于农田中，晚上就有许多雄蛾飞来围着小笼盘旋。

昆虫学家再把雌蛾研碎，将残体涂抹在纸片上，但雄蛾依然不改痴心。

最后，昆虫学家发现，在寂静的夜晚，雌蛾会抬起腹部，伸出腹部的腺体，释放求爱气味，而随意飞行的雄蛾则摆动着头部的触角，一旦嗅到雌蛾的求爱气味，就循味飞来。

我国科学家破译了雌蛾的这种化学语言后，研制出“仿生诱芯”，即人工合成这种化学气味，然后将其加入一种硅橡皮塞中，置于诱捕器中，使其缓缓释放，引诱大量的雄蛾自投罗网，既杀虫，又可根据诱捕量预测害虫的发生期。

迄今为止，我国科学家已研制成功60多种“仿生诱芯”，对我国主要农林害虫的测报和防治起了重要作用。

我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。

动物皮毛具有生态御寒功能，其结构是在近皮处生长绒状毛，外表覆盖长毛。

因为纤维的各种组织形态中绒状结构储存的空气量最大，生物体利用空气阻热的性能，达到最佳的保温状态。

而纤维的各种组织形态中，又以长毛横向风阻量最大，抗风作用好。

这就形成了绒状毛阻挡体温向外散发，横向长毛阻挡寒风侵入的作用。

而动物的生皮又有导湿和弹性的特点。

根据这一原理，KEG面料的里层制成粒绒，接触皮肤有种柔软感，并把人体散发的热气储存在粒绒的空气中。

中间层由两种物质构成，一种是由人造纤维做成的网状骨架，另一种是渗涂于网状骨架中的复合化学元素，这种新生物质的密度介于热气分子和空气分子之间。

最外层随功用不同而做成不同的装饰层。

由于人造纤维所具有的弹性特点，面料又具有贴体性，做成服装，可以克服服装领口、袖口、裤口窜风的缺陷。

2004年8月下旬在北京自然博物馆举办了《昆虫微观结构与仿生》的展览。

展览的宣传画写着，昆虫是动物界中最大的类群，也是无脊椎动物中唯一有翅的动物，几乎分布在地球上任何地方。

昆虫精巧的身体构造和高效的身体机能令人类赞叹不已，科学家们竞相对它们进行探索与仿效。

本展览将向观众开启昆虫微观世界的大门，揭示昆虫身体的微观结构与仿生学的关系，遥想昆虫仿生学的未来画面。

展览共分四大部分：
一、昆虫选美大舞台——欣赏篇
二、八仙过海，各显其能——功能篇
三、人类向昆虫致敬——仿生篇
四、源于昆虫的遐想——启示篇
这次展览的成功举办是国家开始重视普及仿生思想的一个积极信号。

虽然取得了一定的成绩，但受关注的力度还相当不够，由此引发的创新并不尽人意与国外相比，差距不小。

我国仿生学研究只是处于起步的实验室阶段。

也只有一些有实力的科研院所和清华大学、国防科技大学、西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等十多所高校在相关领域进行过仿生学研究。

另外，我国的产业界不愿意将资金投到中长期、潜力巨大的项目上，往往将目光盯在今年投钱明年获利的短期行为。

而国外许多国家的仿生研究已从基础研究
发展到商业化竞争阶段，并且由仿生研究引起的高新技术创新和带来的效益在全球经济中所占的份额越来越多。

我国面临的形势相当严峻！
正如香山科学会议的评论所说，“仿生学研究已经不仅仅是科学问题”！
在美国，有一项长期研究计划与仿生科技紧密相关，其优先发展先进制造(如模拟与仿真、生物技术)、先进材料和先进军事装备。

在德国，其研究与技术部已就“21世纪的技术”为题在自适应电子技术、仿生材料、生物传感器等投入相当大的人力和财力。

此外，英、日、俄等国都制订了相应的中长期规划，准备在仿生学研究领域展开源头创新竞争。

2003年上半年我国高新技术出口总额达950亿美元，比去年同期增长50.8％。

并还在迅猛增长。

而我国当前优先发展的高技术产业化重点领域的141个方面中，将近有30个领域与仿生学相关。

仿生科技的发展态势将影响到我们国家的竞争能力和综合实力！
它特别需要生命科学专家和工程技术专家以及产业界的共同关注！
仿生科研和仿生产业，在提高国家综合竞争力的天平上，砝码越来越重！。