如煙往事俱忘卻,心底無私天地寬。——陶鑄
仿生學的意義與發展
從古到今,色彩斑斕的大自然強烈地吸引著人們的探索欲望,它一直是人類產生各種技術思想和發明創造靈感的不竭源泉。人的創造欲是科技創新的根本動力,自然和社會是我們認知和創新服務的對象,也是我們學習的最好的老師。科學的目的在於求知與求真。科學研究的動力與源泉來自人們對自然和社會的現象與規律的求知欲與好奇心;來自人們對已有知識體係和新發現的現象與規律之間矛盾或差異的求索;來自技術和社會進步提供的新方法、新工具,開辟的新領域,提出的新問題。
技術的目的在於滿足市場的需求和競爭。技術創新的動力與源泉來自人們實踐經驗的累積與創造的欲望;來自科學發現引發的技術創新,創造的新工藝、新方法、新產品、新體係;來自對自然界生物結構、功能、行為以及相互作用的學習與模仿;來自於需求與市場競爭的推動。
科學與技術兩者性質與目標固然不同,但它們仍有共同和相關之處,即都源於人的創新欲望,都源於對自然和社會的認知和學習。科學與技術互為條件,互相促進,都受到社會需求、社會環境、社會文化的製約和推動。
蜘蛛網窗戶回顧科學技術發展的曆史,我們不難發現,影響人類文明進程的許多重大發明都源於仿生思維。例如:漁網的發明可能源於古人對蜘蛛織網的模仿;飛機的翼型是模仿鳥類翅膀的剖麵;噴氣推進原理是模仿墨魚的運動原理;雷達的發明源於對蝙蝠超聲定位的模仿;紅外搜尋、紅外成像的發明源於對響尾蛇紅外感知的模仿;馮·諾伊曼的計算機結構實際上是模仿人的運算行為等等。
機器鴨雖然仿生學的曆史可以追溯到許多世紀以前,但通常認為,1960年全美召開的第一屆仿生學討論會是仿生學誕生的標誌。仿生學是將通過觀察、分析、研究掌握的自然界生物所具有的各種各樣的特殊本領模擬、移植到各個工程技術領域中去,為促進人類社會進步發展所用。仿生學需要生命科學、物質科學、信息科學、腦與認知科學、工程技術、數學與力學以及係統科學等許多學科的交叉,是一門很難劃清邊界的大學科。
仿生學的應用也極為廣泛,可涉及所有的技術領域和大多數應用領域。
大約35億年的生命演化與協同進化過程優化了生物體宏觀與微觀結構,形態與功能;優化了能量與物質轉化、仿生軟骨代謝、利用體係;優化了運動方式與行為;優化了遺傳、複製、發育、調控、組裝的過程和機製;優化了修複、代償、免疫機製;優化了腦與神經的結構與功能;優化了感覺器官,信息傳遞、處理和行為調控能力;優化了適應環境的生存能力;優化了與其他生物相互依存的能力;優化了與其他生物協同進化的能力。
仿生學的意義在於:將生物35億年進化的結果作為發明的參考;將35億年演化形成的生物多樣性作為技術方案選擇的寶庫;將35億年演化形成的生態協調體係作為發展生態環境協調、可持續發展技術的寶貴教材;將35億年演化形成的生命遺傳、發育體係作為自複製、自補償、自組裝、自生長、自適應、自調控技術的天然藍本;將35億年演化形成的免疫、抗逆、代謝、抗毒、解毒機製作為免疫、醫藥、治療、抗逆技術的科學依據;將35億年演化形成的腦與神經係統結構與功能作為認知研究和智能機器的最好示範;將鳥巢——2008北京奧運會主場館35億年演化形成的生命現象中的精妙和多樣的微結構和微係統作為微、納米結構和微係統技術的極好參照;將35億年形成的生物高效、可再生能量存儲、轉化、利用體係作為優化人類可再生能源與物質利用技術的參照;將35億年形成的生物在複雜環境中感知、判斷、捕食、偽裝、軌避能力和適應機製作為傳感、判斷、控製、隱身、環境適應等技術的最好學習對象;將35億年演化形成的簡約、優美、複雜、多樣化的結構、形態,運動和變化作為外形優美、簡潔描述的最好對象。