仿生学论文

内容摘要：宜然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞 争和发展的需要,强化了许多优异的结构和特殊功能，值得人们在军事上很好地 借鉴并发挥。军事研究仿生学就是模仿生物系统的原理来建造先进军事装备技术 系统或者使人造军事装备技术系统具有生物系统特征的一门科学。关键词：仿生学仿生设计军事早在远古时期，人类就从自然生态系统中领悟到自身生存、发展和进步的真 谛，蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回 顾世界文明史，人们很早就留下了模仿自然生态的痕迹，人首龙身、羽化飞升等 大量事例记述了人们对自然生命形态和功能创造性的模仿。人类师法自然思维由来已久，这便促成了仿生学的诞生。仿生学是研究生物 系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学，属于生物 科学与技术科学之间的边缘学科，其目的就是分析生物过程和结构，并将结果用 于未来的设计。仿生学思想是建立在自然进化和共同进化基础上的，人类所从事的技术就 是为使其达到互相间的协调，而模拟生物适应环境的功能无疑是一个好途径，恰 似“桥梁”和“纽带”，连接着生物科学与技术科学。人们向生物系统索取设 计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层 出不穷：从雪 地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝， 生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造了电子蛙眼等。在工业化进程加速的基础上，仿生学已被广泛应用到社会生产、生活的各 个方面，仿生学的相关设计开始占据举足轻重的地位，人们由此得出仿生设计学 (Bionics Design)。仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门 新兴学科，它与原有的仿生学成果应用不同，是以自然界万事万物的“形” “色” “音” “功能”“结构”等为研究对象，同时结合仿生学的研究 成果，为设计提供新的原理和方法。从某种意义讲，仿生设计学可以说是仿生学 的延续和发展，作为人类社会生产活动与自然界的契合点，正逐渐成为设计发 展过程中新的亮点。随着时代发展与变化，军事仿生设计越来越受到人们的关注。在漫长的进化过程中，生物为了生存、自卫、竞争和发展的需要，逐渐形 成了许多优异的结构和特殊功能，值得人们在军事研究中很好地借鉴。军事仿生 学就是模仿生物系统的原理来建造先进军事装备技术系统或者使人造军事装备 技术系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。随着人类科学技术的进步，军 事仿生学的研究范围越来越广泛，已经渗透到与军事相关的各个领域，只要生 物界具有的优异之处而军事装备上又很需要的，都值得军事研究人员去揣摩、模 仿。仿生设计在军事上的成功应用有很多例子。如猫的眼睛与夜视仪。漆黑的 夜晚，猫能清楚地观察老鼠的一举一动并敏捷地抓住它，其原因在于猫眼的视网 膜上具有圆锥细胞和圆柱细胞，圆锥细胞能感受白昼普通光的光强和颜色，圆 柱细胞能感受夜间的光觉。一般只能在白天活动的动物如鸟、鸡等，它们的视网 膜中常常只有圆锥细胞；而另一些只能在夜间活动的动物如猫头鹰，其视网膜 上只有圆柱细胞。此外，猫眼还有一个特点，在它感受弱光时，瞳孔能够随着光 的不同强度而自动调整。所以，阳光很强时，你会看到猫眯着它的双眼，瞳孔 已缩小成直线般的细缝，保证只让少量的光线进入瞳孔内。而在光线十分微弱的 晚上，瞳孔又能放大呈圆形，以便保证在黑暗中也能看清楚各种物体。军事科 学家们便模仿猫眼的奥妙研制出了大有用处的微光夜视仪。这就是军事仿生学。世界上有许多军事发明，也都是科学家在探索动物奥秘中得到启迪而 设计、发明的。例如：蝴蝶与卫星控温系统。位于太空的人造地球卫星，在受到阳光的强烈 照射时，卫星表面温度会高达2000r ；而在阴影区域，卫星表面温度会下降至零下200C 左右，很容易烤坏或冻坏各种仪器仪表，这曾使航天科学家伤透了脑筋。后来，科学工作者 从蝴蝶身上受到启迪，原来在蝴蝶体表生长着一层细小的鳞片，有着调节体温的作用。每 当阳光直射、气温上升时鳞片自动张开，以调整阳光照射的角度，从而减少对热能的吸收； 而当外界气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而把温度控制在正 常范围内。科学家为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统。仿生设计在军事上的成功应用，推动了军事科技的发展。在当今信息时代，人们对设计 的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重个性。而 仿生设计本身就是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、 形态，从而来创造更优良的人造物。所以，运用仿生性思维进行军事方面设计，不仅创造功 能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的军事化及军需化物品，而且以生命的象征，让设 计回归自然，增进人类与自然和谐统一。德国著名设计大师路易吉科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所 呈现的真理之中”，道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。在现今科学技术飞速发 展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的 一个新方向。未来仿生“电子眼”、仿生“电子神经系统”的诞生，将是仿生学划时代的贡 献。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。另一方面，大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多姿的悦人色彩，同时，大 自然还无声地阐释了自然界的生存哲学和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会 与大自然之间的高度和谐统一，共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之 间合理的建构。因此，设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐 共生的对话平台。仿生设计在军事上的应用有着巨大的潜力和发展前景，随着科学的高速发展和人们对 自然界认识的不断提高，将会有更多的仿生发明应用于军事科技领域。两个领域的结合将 使军事研究向着更为科学和完美的方向发展，为军事研究开辟新的空间；同时，仿生设计也 拥有了更广泛的用武之地，为其自身进一步发展壮大奠定了基础。参考文献1 于帆，陈嬿仿生造型设计华中科技大学出版社，2005.2 智一君惕.仿生学与现代化.湖南教育出版社，1985.3 王建成简明军事科技发展史国防工业出版社，2005.4 许书民设计概论上海科学普及出版社，2005.