因為可以給人類帶來更多的探索,促進科學進步。大自然的仿生學,足夠讓人類學習很多年。
大自然與科技,看似是兩個大相徑庭的學科,實際上卻有著千絲萬縷的關聯。1958年時,壹名醫學院畢業後在空軍服役了20年的美國人斯蒂爾率先提出了將二者結合的理論,只不過當時還並未將其命名為仿生學,而是意圖通過研究生物系統和生物體,來找到解決工程問題的方法。直至1960年9月,才被正式命名為仿生學。
據外媒報道,目前中國這個水母仿生學成就讓世界震驚。雖然水母可能不是海洋中遊得最快的動物,但它們確實以“節能”的方式遊泳 。中國科學家通過復制這壹點創造了壹種水母機器人,有朝壹日將可以自主探索海洋深處。
真正的水母通過“噴氣推進”遊動,擴展和收縮它們的鐘形體以將水推向它們後面。雖然我們之前已經看到模擬這種技術的水下機器人,但大多數都必須連接到位於表面的電源或控制系統。中國科學院的研究人員決定解決這個問題,設計壹種自由遊泳的水母機器人。
該模型以大型海月水母(Aurelia aurita)為模型,其具有鐘形剛性頭部和下方的圓柱形水母體。後者覆蓋在呈傘狀的膜中,並包含四個獨立的“六桿連桿機構”。
通過彎曲和拉直這些“機構”來實現向前運動,導致身體在伸展和收縮時將水推出。 另外,通過移動位於其體腔中的兩個“砝碼”,機器人能夠在垂直和水平方向上轉向。科學家們現在正在開發基於強化學習的軟件,這將使設備能夠了解哪些運動會導致方向的變化。在各種車載傳感器的幫助下,機器人可以沿著給定的路線穿過水面,同時避開障礙物,無需任何人為控制。它甚至可以攜帶小型有效載荷,例如環境傳感器等。
然而仿生學的由來或許還可以追溯至更早,相傳在大禹時期,人們通過觀察魚類在水中的活動,發現魚尾的搖擺能夠控制魚身的前行與轉彎,因此也就出現了船尾上架置的木槳。
正如瑪特·富尼耶《當自然賦予科技靈感》壹書所提到的——我們面對的許多問題,或許在千百萬年前就被自然生物遇到了,經過漫長的進化,它們形成了絕妙的解決之道。
瑪特·富尼耶所說的解決之道,正是仿生學的核心課題,人們不斷通過仿照和模擬生物特性,來創造出對人類發展起到貢獻的技術。
尤其在仿生學這壹概念被提出後,這壹門學科徹底被“引燃”,據2006年仿生學專家理查德·邦瑟的壹項研究報告顯示,從1985-2005年之間,全球範圍內非仿生的專利設計只攀升了2.7倍,而仿生學專利則增長了93倍之多。
現如今,仿生學這門獨立的學科,早已應用在各個領域當中。如代表性的光場相機(又名:蠅眼照相機),靈感便來源於蒼蠅的復眼,科學家通過仿效復眼小眼的蜂窩型結構,制成了用於科研的蠅眼照相機,壹次能夠拍攝千余張照片,飛機地速指示器、航空照相機均是運用了這壹原理。
再比如我們現今常接觸到的電子水墨屏,靈感便來源於蝴蝶。事實上,許多蝴蝶和壹些鳥類羽毛(孔雀),翅膀上所展現的鮮艷色彩來源於化學的與物理色,化學的是自身生理代謝產生的色素顆粒,而物理色則是通過表面的棱柱狀晶體結構所呈現出的。這些光被分成各種顏色的光帶並反射到觀察者的眼睛,與彩虹的原理大致相同。
高通的Mirasol顯示技術正是復制了這個原理,模擬蝴蝶拍打翅膀時產生的鮮明色彩,以此實現高反射性,創造出壹種“永遠在線”的視覺效果。當然,此類發明可謂數不勝數,如魯班觀察葉子邊緣發明的鋸、以啄木鳥頭部為原型研發的安全帽、蝙蝠原理的雷達、青蛙眼原理的電子眼、以及貝爾實驗室根據海綿結構發明出更強韌的光纖電纜等。比比皆是的案例,仿佛在告訴我們——自然,便是最好的老師。
基本上來說,如上述所提到的仿生機器人並非個例,只不過此前仿生學大多用於軍工、科研與工業領域,消費領域的運用相對較少。而當下我們也能感受到,越來越的軍工科技正逐步被民用,因此消費級機器人與仿生學的交融似乎也不再遙不可及。
為何這麽說,如果說仿生學短期只是作為壹個“新鮮玩意”所備受矚目的話,那麽長期的未來,相信機器人顯然也要在生活中承擔起更多元化的任務。