仿生學知識小報(2)

時間：2016-08-06 08:58:40 謝君787由分享

　　細胞仿生學

　　細胞仿生學也在水過濾領域初露崢嶸，科學家們希望借用人體與植物體內(nèi)存在的一種薄膜(只讓水進出微生物的細胞)，將海水變成飲用水。在這一思路的指導下，他們研制出了一種“水通道”濾水設備，這款配備了“內(nèi)部水通道(Aquaporin Inside)”技術的纖細薄膜，有望將海水變成飲用水，讓臟水變成干凈水。

　　與此同時，光合作用過程也正被科學家們用于能源的捕獲和存儲領域。美國康奈爾大學薩賓設計實驗室的科學家們正在研制名為“電子皮膚(eSkin)”的適應性建筑外層，這一外層利用了肺部細胞的特性，讓建筑可與周圍環(huán)境有效地相互作用。

　　很多能源問題解決方案都在采用這一原則，包括生物電池的研制等。據(jù)報道，美國猶他大學的研究人員根據(jù)人體的新陳代謝過程——幾乎所有的活體微生物都用葡萄糖來制造能量，研制出了一種生物電池，這款電池用糖做燃料，用天生擁有能量轉化屬性的酶做催化劑。

　　仿生學研究方法

　　仿生學是生物學、數(shù)學和工程技術學互相滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。第一屆仿生學會議為仿生學確定了一個有趣而形象的標志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵“積分”在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也概括表達了仿生學的研究途徑。

　　仿生學的任務就是要研究生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生的原理，并把它模式化，然后應用這些原理去設計和制造新的技術設備。

　　仿生學的主要研究方法就是提出模型，進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：

　　首先是對生物原型的研究。根據(jù)生產(chǎn)實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術要求無關的因素，得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數(shù)學分析，并使其內(nèi)在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數(shù)學模型;最后數(shù)學模型制造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實踐——認識——再實踐的多次重復，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結果，使最終建成的機器設備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。

　　仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現(xiàn)出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學的整體來看，它把生物看成是一個能與內(nèi)外環(huán)境進行聯(lián)系和控制的復雜系統(tǒng)。它的任務就是研究復雜系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的相互關系以及整個系統(tǒng)的行為和狀態(tài)。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復制，它們與外界的聯(lián)系是密不可分的。生物從環(huán)境中獲得物質(zhì)和能量，才能進行生長和繁殖;生物從環(huán)境中接受信息，不斷地調(diào)整和綜合，才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統(tǒng)一，局部與整體的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。仿生學要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關系，即著重于數(shù)量關系的統(tǒng)一性，才能進行模擬。為達到此目的，采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學的研究方法必須著重于整體。

　　仿生學的研究內(nèi)容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的結構和功能供各行業(yè)來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學的研究得到迅速的發(fā)展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建筑仿生、化學仿生等。隨著現(xiàn)代工程技術的發(fā)展，學科分支繁多，在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學的研究;航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航;工程建筑對生物力學的模擬;無線電技術部門對于人神經(jīng)細胞、感覺器宮和神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬;計算機技術對于腦的模擬以及人工智能的研究等。在第一屆仿生學會議上發(fā)表的比較典型的課題有：“人造神經(jīng)元有什么特點”、“設計生物計算機中的問題”、“用機器識別圖像”、“學習的機器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現(xiàn)新的分支，如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。

　　總之，仿生學的研究內(nèi)容，從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內(nèi)容。而當今的科學技術正是處于一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來，同時對生物學的發(fā)展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下，使生物科學的研究在方法上發(fā)生了根本的轉變;在內(nèi)容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發(fā)展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養(yǎng)，加速科學的發(fā)展。因此，仿生學的科研顯示出無窮的生命力，它的發(fā)展和成就將為促進世界整體科學技術的發(fā)展做出巨大的貢獻。
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