校本课程--仿生学(4)

高中校本课程

动并且带着污垢粒子滚动。

1977年，生物学家们在一段短的旁注中描述了这种现象。看起来这段旁注是很琐碎的，只是为了引起更多的注意。仅仅在1989年，William Barthlott，其时正在波恩大学做教授，重新注意到了这个旧的发现并和他的研究生Christoph Neinhuis一起详细的研究了这个现象。这两个人不仅成功的破译了“莲花效应”对生物学的意义，而且同时把它的不被脏物污染的原理应用于人造表面。

1996年Barthlott 和 Neinhuis用一个带有新衣料的白盘子实现了他们的程序，同时注册了专利。他们在一个白盘子上撒上煤灰和颜料的混合物并且滴上一些水。很快，这个盘子就干净了。作为对比，一个擦的特别亮的清漆膜也撒上煤灰盒颜料的混合物，但是即使在长时间的漂洗之后，煤灰仍然存在，而且还有另一个脏的灰层，对清漆膜来说，只用水是不能清洗干净的。

莲花效应的历史，从它的发现到应用，典型的来自于一个研究规则“技术学习自然”：仿生学。

在如今对仿生学的理解普遍认为是“各种技术手段转化，建筑使用，规划步骤以及生物系统的设计哲学”的基础上。世界著名的动物学家Werner Nachtigall进一步简化了这个概念，他这样来概括仿生学的实质：“把从自然界学来的知识作为对独立技术形式的建议”。

在几百万年的优化中接近完美的自然发明是化学家、机械师和建筑师所期望的研究对象。

三、仿生学的重要作用

车轮曾被认为是人类历史上最伟大的发明之一。但是这仅仅是圆周的功劳，绕轴旋转，作为一种渐进运动，如此长久的影响了人类生活，这被认为是非自然的发明。但是，这个发明真的使我们超越了自然吗？

只要看一看使用的那些车轮的应用范围就会发现答案是否定的。

车轮要求的是平滑而且没有障碍的路或者平滑的轨道，而对泥浆、砂土、冰和雪则是毫无用处的。大自然设计了腿作为运动器官，而往往腿是比车轮更优越的。而仿生学正是利用现代的科技手段来模仿自然造物的神奇手法。因此，仿生学在科学领域中具有着特殊的重要意义。小从模仿生物的形态，大到生物生理的机制，都可以作为人类模仿的对象。

仿生机器人研究了运动设备的方法论和控制论，例如，研究了昆虫的运动机制，使用这次实现去建造运动的机器。

蚱蜢有六条长腿。可能将来的运动机器看起来就象一个庞大的昆虫。蚱蜢需要很少的能量，而且保持了能量的均衡，它产生的废物完全进入了自然循环。它们是完全无污染的并且比现在的机械产品更加经济。

四、仿生材料

最新科学研究指出，生物体都是由少数很简单的物质构成的，诸如糖、蛋白质和水之类。生物体的不同部分，从柔韧的皮肤、肌肉、须毛，到坚硬的骨骼、鳞角、甲爪，材料性能如此多样、如此优异，关键在于从原子排列成分子、及从分子组合成纤维、晶体等“半成品”，在结构上的千差万别，就是这么几种很简单的“原材料”，由于结构的奇巧精致，形成了各种优越奇特的性能。譬如鲍鱼的食物只是海水中的坐土，也就是碳化钙，而研究人员在电子显微镜下观察发现正是由于这一层层的碳化钙才使鲍鱼壳具有了极为坚硬的外壳。极有规律排列的碳化钙靠化学键结合起来，决定了鲍鱼壳的坚硬性，而由于这层碳化钙能在有机蛋白质上滑动，所以鲍鱼外壳虽然硬但并不脆，很有韧性，能在变形变态之时也不破裂。

破解生物体构造的这些奥秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化硼分子之间，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具有这种性能，