每种生物都有别的生物所不具备的特点和奇妙的功能。由此,仿生得到的创新也往往较为独特、奇妙。
第一次世界大战期间,在比利时的伊普雷战役中,德军使用了180吨液态氯气攻击对方阵地,致使英法联军5000多人死亡,150000人中毒。
同时,大批野生动物也随之中毒死亡。
但令人惊讶的是,惟有野猪却安然无恙。这一奇特的现象引起了英法联军的高度重视,他们派出了优秀的化学家深入实地研究考察。终于发现野猪喜欢用嘴拱地的特性。当野猪遇到强烈的刺激味或毒气时,就会以拱地来躲避。松软的土壤颗粒过滤和吸附了毒气,这才使得它们幸免于难。
这一发现使化学家们大受启发。
化学家们根据这一原理,设计了一种新型头盔。它把人的面部与外界空气隔开,只留下一个通道,并在通道口放置具有过滤和吸附功能的木炭。这样,新型头盔让人们所吸入的空气,既经过木炭的过滤和吸附,又能保持空气流畅。这就是世界上第一批防毒面具。
仿生也是一种模仿,其模仿的对象主要是生物(动物或植物),其模仿的角度主要是生物的原理、结构与功能。由于生物是在自然进化过程里,经历亿万年筛选淘汰和改进才最后形成的,其各项功能已高度发展。每种生物都有别的生物所不具备的特点和奇妙的功能。由此,仿生得到的创新也往往较为独特、奇妙。
如蝙蝠可以发出和听到超声波,在布满密网的黑屋里,几十只蝙蝠自由来往穿梭,而不会撞到网中;螳螂可以在0.05秒内计算出飞掠眼前的小昆虫的速度、方向和距离;狗的鼻子可以感觉出200万种物质和不同浓度的气味。模仿这些动物的功能而得到的创新,常能导致重大的发明创造。
人们很早就发现,在风暴来临之前,尽管在海上还听不到风浪声,但浅水漂浮觅食的水母却会纷纷地向深海游去,以免被巨浪击碎。原来,水母体内有一个小共振腔,腔内有一个带小柄的球,它就是水母的“耳”。风暴产生的频率为8~13赫兹的次声波,人耳听不到。这种波能比海浪更快地传到很远的地方。在次声波的作用下,水母“耳”中的听石会振动并刺激“耳”神经。于是,水母很快感受到尚未来临的风暴。
技术人员仿照水母耳,发明了风暴预警器,相当精确地模拟了水母的器官。这种仪器由喇叭口、次声波共振器机把振动变为电脉冲的电压变换器及指示器组成,能在风暴到来之前15个小时内作出预报。
利用植物进行仿生发明的事例也很多。如电视发射塔的设计要求既要有抗各种风力的性能,又要能够满足发射信号的需要。人们发现山上的云杉树由于受狂风长年累月的袭击,底部直径显著增大,树干长成了圆锥形。于是,通过模仿,出现了目前世界上几乎是一个模样的圆锥形电视塔。
经常看到有人踩到地上的香蕉皮而滑倒的情形。一位工程师就想:为什么香蕉皮那么滑,而梨皮、苹果皮等其他水果皮就没有那么滑呢?他用显微镜一看,发现一块香蕉皮由几百个薄层构成,层与层之间结构松弛,含有丰富的水分,所以十分滑。
由此,他想到了能否根据香蕉皮的结构原理,制成一种润滑材料呢?
经过研究,他发明了当时最好的润滑材料——二硫化钼润滑脂,被誉为“润滑之王”。
从仿生发明的步骤来看,包括以下几个部分:
1.有选择地研究生物体的结构与功能;
2.将生物资料简化为生物模型;
3.通过数学分析抽象成通用的数学模型;
4.采用机械、电子、化学手段,制成各种可进行工程技术实验的实物模型。
仿生发明有的是模仿生物的形状、结构,但多数是仿照生物的功能,设法用现有的技术手段来实现这些功能。
目前,已形成的仿生学分支有电子仿生、机械仿生、化学仿生、建筑仿生、人体仿生、分子仿生等多种。仿生发明也非常繁多。大型飞机、轮船、导弹、鱼雷仿照海洋的生物流线形身体以减少阻力;潜水艇利用压载水舱模仿鱼鳔控制沉浮;声纳系统模仿蝙蝠、海豚的回声定位。
此外,蛙眼雷达、电光鹰眼、人造丝、生物膜、袋鼠跳跃机、恐龙钻头、叶式浮桥、蜂窝状建筑、人工智能装置、鱼眼瞄准器、响尾蛇导弹定位器、电子警犬等,都是由仿生而导致的发明。利用仿生发明,打开了生物界这个丰盛的创新源泉,使发明成果可以达到更新的水平。