小巧的不仅能垂直起落,而且在吮吸花蜜时能取直立姿势,悬在空中进退自如;能悠然自得地飞行在9500米的半高空;能够感受地震;海鸥、信天翁这些海鸟却可以通过眼睛附近一条盐腺把喝下去的海水中的盐分排出;鹰在高空具有超强的视力……

那么,人类能从鸟类身上模仿出这些功能吗?

从始祖鸟的出现到现在,在这亿万年的漫长进化过程中,鸟类形成了许多卓有成效的导航、识别、计算、能量转换等系统,其灵敏性、高效性、准确性、抗干旱性都另人惊叹不已。人们研究这些结构和功能原理并加以模拟,用来改善现有的或创造新的机械、仪器、工艺,这就是研究的一项重要内容。

鸟类有高超的飞行本领,当然现代的飞机在很多性能上都远远超过鸟类,可是在节约能源上,在灵巧性上就相形见绌了。如一只鸟连续在海洋上空飞行4000多公里,体重减轻0.06公斤;小巧的不仅能垂直起落,而且在吮吸花蜜时能取直立姿势,悬在空中进退自如,灵活异常。对这些特殊功能的研究利用,将会使飞机的性能进一步得到改进。

能悠然自得地飞行在9500米的半高空,而人在登上4500米时呼吸已经感到很困难了。研究鸟为什么会在空气稀薄的条件下脑血管依然畅通,可对人类在供氧不足的环境中正常生活和延长生命有重要意义。

方面有很大的贡献。它的腿上有一个小巧而灵敏的感受地震的特殊结构,人们根据它的原理仿制出一种新的地震仪,使地震预报更加准确。它的眼睛有着特殊的识别本领,这是由于它的视网膜上有6种功能专一的神经节细胞:叶亮度检测器、普通边检测器、凸边检测器、方向检测器、垂直边检测器、水平检测器,人们模仿它视网膜上的细胞结构制成的鸽眼电子模型,虽结构还不及它的复杂和完善,但安装在警戒雷达上、应用于电子计算机处理有关数据方面已有广阔的前景。

地球上海水占总水量的97%。而海水的人工淡化器目前设备庞大、结构复杂、耗能量高。但海鸥、信天翁这些海鸟却可以通过眼睛附近一条盐腺把喝下去的海水中的盐分排出,一旦完成这个功能的模拟,人类利用海洋的前景将会更加广阔。

鸟类与仿生学

此外,人们根据鹰眼的结构正在研制鹰眼系统导弹,这种导弹在飞临打击目标上空时就能自动寻找、识别目标而跟踪攻击。

【作者】徐东

【原题】鸟类对仿生学的贡献

【附注】仿生学的介绍:

仿生学是1960年正式诞生的一门综合的边缘科学。它研究生物系统的结构性质、能量转换和信息过程,并将所获得的知识用来改善现有的或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程。因此,生物模拟就成为现代发展新技术的重要途径之一。

仿生学需要生物学、生理学、神经学、神经病学、神经生理学、心理学、流行病学、电子学、物理学、生物物理学、生物化学、化学、医学、数学、空气动力学、计算技术、通讯、自动学、控制论、航空和航海工程等领域的工作者进行合作;仿生学的发展,反过来又推动上述科学的进一步发展。

目前,仿生学的研究,着重了下列几个方面。

感觉器官的访生。根据生物的感觉器官,来研制能够接受、记录和测定信号的装置。特别是各种有关视觉、听觉、嗅觉、触觉以及包括冷热、酸痛、振动和平衡等等感觉方面的新颖传感器。生物的各种感觉器官,经过千万年的锤练,无论在选择性、适应性、灵活性、灵敏度、抗干扰性、微型化等方面,和我们目前各种自动装置中的传感器相比较,都优越得多。

自组织系统和神经元的访生。主要是为了研制新颖的自动控制系 统。生物控制器官的研究,重点是大脑系统,揭开它的秘密,对创造人工的信息发射、按收、传送、加工和贮藏等装置,是非常有益的。

生物运动器官的仿生。例如肌肉是一个高效率的发动机,它把化学能变换为机械能,其效率在80%左右,而近代汽轮发电机系统的效率—殿只在40%左右。据报道,一种用聚丙烯酸制成的“人造肌肉”已经问世,它的应用远景是广阔的,如用于宇航来控制宙飞船;通过人造肌肉,也可以利用河水与海水之间存在着的天然的化学能差,来获得大量的廉价的机械能。

生物力学的仿生。科学工作者在研究鸟类、昆虫、鱼类等结构的 基础人已经创造了模拟各种生物在陆上、空中、水里的运动器官。如可供实用的扑冀机;模仿膝关节的液压系统;能提高鱼雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠运动形式的无轮汽车(跳跃机)等。

医学的仿生。为延长人类的寿命和战胜衰老、疾病而重点研究的人工器官、人工调节器以及用优生学治疗疾病等,也已经开展了深入研究。动物定向和导航的仿生如海啄、蝙蝠等的超声定位;响尾蛇、铜头蛇的热定位;电鳗和某些昆虫的电磁定位以及研究鸟类的迁飞和鱼、龟、鲸等的洄游机理,从而在改进近程定位和导航及通讯技术等诸方面有的已经应用于生产、生活和军事上,有的还在研制中。在“人-机”关系的仿生学方面,如何使机器“生物化”,已引起了 人们的极大兴趣。

总之,仿生学的研究范围相当广范,其内容也已涉及到各种类型 的科学领域。无论是宏观的还是微观的,是整体的还是局部的,是结构的还是功能的,只要生物有优异的地方,都是仿生学所涉猎的目标,仿生学是一门方兴未艾的科学技术,其前景是十分光辉夺目的。