仿生技术

仿生技术（Biomimetic）

　　仿生技术是指用人造的处理手段、物质、设备或系统来模仿自然的技术。如何设计和建造仿生器械的艺术和科学也被称作仿生技术学，这门学科对于在纳米技术、机器人技术、人工智能、医疗科学和军事的研究专家来说有着极大的吸引力。

　　1、仿生机器人技术：主要研究仿生机器人，包括仿生机器人总体结构与优化技术、仿人形机器人运动规划与仿真系统、仿人形机器人的感知技术、基于多传感器的环境自适应技术。

　　2、智能系统群体通讯与协调技术：主要研究智能无人移动平台及机器人间的通讯与协调作业，包括多智能系统间的信息传递、信息获取及信息理解技术，智能决策与规划技术，协调作业控制技术，人机交互与遥操作技术。

　　3、仿生感知与信息处理技术：主要研究信息获取与利用技术，主要包括视觉仿生探测技术，听觉仿生探测技术，力觉、触觉处理技术，复杂环境下多信息获取与融合技术。

　　4、合成生物学仿生技术：生物学发展到细胞信号传导与基因调控网络的分子系统（biomolecular systems）水平研究，仿生学也就产生了细胞、分子水平的仿生技术，合成生物学（synthetic biology）的诞生，颠覆了传统的纳米技术、仿生技术、基因工程技术与计算技术，在细胞、分子水平人工设计基因调控网络、信号传导路径，开展人工生命系统的仿生技术，比如，开发纳米生物机器、纳米生物计算机等。

　　一些仿生处理手段已经被应用了相当长的时间。一个例子是对某种维他命和抗生素的人工结合。现在，仿生技术被应用到了机器视觉系统、机器听觉系统、信号放大器、导航系统、以及数据交换设备等方面。除此之外，仿生技术的应用还包括用来查找和消灭癌细胞的纳米机器人、人造器官、人造四肢以及很多种不同的电子设备。

　　相关案例如下:

　　基于鲨鱼皮开发出的一种塑料涂层，目前正在医院患者接触频率最高的一些地方进行实验

　　细菌感染恐怕是最令医院头疼的一件事，无论医生和护士洗手的频率有多高，他们仍不断将细菌和病毒从一个患者传到另一个患者身上，尽管不是故意的。事实上，美国每年有多达10万人死于他们在医院感染的细菌疾病。但是，鲨鱼却可以让自己的身体长久保持清洁——长达一亿多年。如今，正是由于鲨鱼这一特性，细菌感染可能会重蹈恐龙的覆辙——从地球上彻底消失。

　　与其他大型海洋动物不同，鲨鱼身体不会积聚黏液、水藻和藤壶。这一现象给工程师托尼·布伦南(Tony Brennan)带来了无穷灵感，在2003年最早了解到鲨鱼的特性以后，他多年来一直在尝试为美国海军舰艇设计更能有效预防藤壶的涂层。在对鲨鱼皮展开进一步研究以后，他发现鲨鱼整个身体覆盖着一层层凹凸不平的小鳞甲，就像是一层由小牙织成的毯子。黏液、水藻在鲨鱼身上失去了立足之地，而这样一来，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌这样的细菌也就没有了栖身之所。

　　一家叫Sharklet的公司对布伦南的研究很感兴趣，开始探索如何用鲨鱼皮开发一种排斥细菌的涂层材料。今天，该公司基于鲨鱼皮开发出一种塑料涂层，目前正在医院患者接触频率最高的一些地方进行实验，比如开关、监控器和把手。迄今为止，这种技术看上去确实可以赶走细菌。Sharklet公司还有更宏伟的目标：下一步是开发一种可以消除另一个常见感染源——尿液管——的塑料涂层。

　　这听上去就像一个糟糕玩笑的开头：一位大脑专家、一位生物学家和一位工程师走进了同一家餐厅。然而，这种事情确实发生在英国利兹大学，几个不同领域的专家的突发奇想最终导致音波手杖(Ultracane)的问世：这是一种盲人用的手杖，在靠近物体时会振动。这种手杖采用了回声定位技术，而蝙蝠就是利用同样的感觉系统去感知周围环境。音波手杖能以每秒6万个的速度发送超声波脉冲，并等待它们返回。

　　当一些超声波脉冲回来的时间超过别的超声波脉冲时，这表明附近有物体，引起手杖产生震动。利用这种技术，音波手杖不仅可以“看到”地面物体，如垃圾桶和消防栓，还能感受到头顶的事物，比如树杈。由于音波手杖的信息输出和反馈都不会发出声音，使用者依旧能听到周围发生的事情。尽管音波手杖并未出现顾客排队购买的热卖景象，但美国和新西兰的几家公司目前正试图利用同样的技术，开发出适销对路的产品。

　　日本第一列新干线列车在1964年建造出来的时候，它的速度达到每小时120英里(约合每小时193公里)。但是，如此快的速度却有一个不利方面，列车驶出隧道时总会发出震耳欲聋的噪音，乘客抱怨说有一种火车挤到一起的感觉。这时，日本工程师中津英治(Eiji Nakatsu)介入了这件事。中津英治还是一位鸟类爱好者，他发现新干线列车总在不断推挤前面的空气，形成了一堵“风墙”。

　　当这堵墙同隧道外面的空气相碰撞时，便产生了震耳欲聋的响声，这本身对列车施加了巨大的压力。中津英治在对这个问题仔细分析之后，意识到新干线必须要像跳水运动员入水一样“穿透”隧道。为了获取灵感，他开始研究善于俯冲的鸟类——翠鸟的行为。翠鸟生活在河流湖泊附近高高的枝头上，经常俯冲入水捕鱼，它们的喙外形像刀子一样，瞬间穿越空气，从水面穿过时几乎不产生一点涟漪。

　　中津英治对不同外形的新干线列车进行了实验，发现迄今最能穿透那堵风墙的外形几乎同翠鸟的喙外形一样。现在，日本的高速列车都具有长长的像鸟喙一样的车头，令其相对安静地离开隧道。事实上，外形经过改进的新干线列车的速度比以前快10%，能效高出15%。

　　美国宾夕法尼亚大学西切斯特分校流体动力学专家、海洋生物学家弗兰克·费什(Frank Fish)教授表示，他从海洋深处找到了解决当前世界能源危机的办法。费什注意到，驼背鲸的鳍状肢可以从事一些似乎不可能的任务。驼背鲸的鳍状肢前部具有垒球大小的隆起，它们在水下可以令鲸鱼轻松在海洋中游动。但是，根据流体力学原则，这些隆起应该会是鳍的累赘，但现实中却帮助鲸鱼游动自如。

　　于是，费什决定对此展开调查。他将一个12英尺(约合3.65米)长的鳍状肢模型放入风洞，看它挑战我们对物理学的理解。这些名为结节的隆起使得鳍状肢更符合空气动力学原理。费什发现，它们排列的方位可以将从鳍状肢上方经过的空气分成不同部分，就像是刷毛穿过空气一样。费什的发现现在叫做“结节效应”(tubercle effect)，不仅能用于各种水下航行器，还应用于风机的叶片和机翼。

　　根据这项研究，费什为风扇设计出边缘有隆起的叶片，令其空气动力学效率比标准设计提升20%左右。他还成立了一家公司专门生产这种叶片，不久将开始申请使用其节能技术，用以改善全世界工厂和办公大楼的风扇性能。费什技术的更大用途则是用于风能。他认为，在风力涡轮机的叶片增加一些隆起，将使风力发电产业发生革命性变革，令风力的价值比以前任何时候都重要。