吳禮萍

漫話仿生技術(shù)

吳禮萍

“響尾蛇”導(dǎo)彈

不少動(dòng)物具備超越人類感覺的天然本能，如蛇能發(fā)覺散發(fā)出熱量的哺乳動(dòng)物。宇宙間最聰明的生靈——人，破譯蛇類神秘的第六感覺，從其舌上排列著一種類似照相機(jī)的器官會(huì)感知紅外輻射中得到啟示，紅外技術(shù)應(yīng)用天寬地闊、奇跡非凡。

早在第二次世界大戰(zhàn)中，德美等國(guó)就開始應(yīng)用紅外技術(shù)。一種名為“響尾蛇”的導(dǎo)彈好像“長(zhǎng)”了眼睛，向大體目標(biāo)方向發(fā)射后在末端飛行中能自動(dòng)跟蹤飛機(jī)尾焰、坦克引擎、艦艇鍋爐等目標(biāo)中熱輻射紅外線源。尋找目標(biāo)簡(jiǎn)便易行，命中率高。后來因?yàn)橐资軘撤桨l(fā)射泄光彈干擾誘惑而失效，響尾蛇眼被靈敏度更高更為復(fù)雜的熱像眼所取代。

熱像眼是從對(duì)蛇舌上密布的感知紅外線細(xì)胞研究成果中“借”用過來的。主要由對(duì)紅外線特別敏感的“半導(dǎo)體硅細(xì)胞”構(gòu)造的熱輻射攝像機(jī)能將物體（目標(biāo)）不斷向外釋放的人眼所看不見的熱分布變成圖像。不管白天黑夜，觀察周圍景觀毫不受限。而且，由于熱輻射容易透過偽裝，入木三分，可謂火眼金睛。我國(guó)“資源一號(hào)”衛(wèi)星上裝置的這種“熱”眼已構(gòu)成一種圖像分辨率非常高的空間遙感器。

近年來，紅外技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)是軍用技術(shù)向民用領(lǐng)域擴(kuò)展，“軍轉(zhuǎn)民”碩果累累。人體輻射紅外開關(guān)自動(dòng)開門控制器廣泛用于公共場(chǎng)所，紅外入侵報(bào)警器也進(jìn)入千家萬戶。應(yīng)用紅外輻射加熱較其他方式可節(jié)約能源20%-30%，因此廣泛用于食品、醫(yī)藥、印刷及建材等行業(yè)和家庭的加熱烘烤上?？梢钥焖俚胤治錾习俜N微量氣體含量的紅外光譜分析儀器在環(huán)保、衛(wèi)生、石化及電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外輻射測(cè)溫儀器、紅外熱電視已成為機(jī)械、冶金、電力、建筑、航空及航天等部門故障檢測(cè)、品質(zhì)控制的有力手段。紅外多光譜成像在天氣預(yù)報(bào)、資源勘探、災(zāi)害預(yù)防等空間技術(shù)應(yīng)用，日益改變著人類生存和發(fā)展的條件，社會(huì)效益顯著。

現(xiàn)在，為支持無線傳輸，方便用戶，電子設(shè)備配置紅外端口已成新潮，就像電視遙控器利用紅外線和您的電視對(duì)話一樣。同樣地，工作站、路由器、IBMPC等使用紅外線和其他的紅外兼容設(shè)備（如打印機(jī)）來“對(duì)話”。當(dāng)“看”到其他的有紅外配置的設(shè)備，系統(tǒng)會(huì)向您報(bào)告，您就可以發(fā)送文件。數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后通過紅外信號(hào)發(fā)送到用來解碼的接收設(shè)備上，就完成了數(shù)據(jù)傳輸。這有點(diǎn)像蛇類通過紅外線彼此交流一般。國(guó)際性組織紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA）專司制定和推進(jìn)共同使用的低成本紅外數(shù)據(jù)互連標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和應(yīng)用的日漸廣泛促使更多的高技術(shù)公司開發(fā)生產(chǎn)IrDA模塊。技術(shù)的進(jìn)步使IrDA模塊集成度越來越高，體積越來越小；但是，要達(dá)到蛇類能感知紅外線的生物細(xì)胞水平，徹底離開蛇類第六感覺之謎，路途還十分遙遠(yuǎn)。

人造鼻子聞?wù)◤?/h2>

美國(guó)國(guó)防部正在開展一項(xiàng)新的研究，模仿狗的靈敏嗅覺來制造一種能夠分辨多種化合物的人造嗅覺探測(cè)器。這項(xiàng)研究如果成功將大大提高美軍在戰(zhàn)區(qū)探測(cè)化學(xué)武器的能力。雖然美軍已有多種技術(shù)可以探測(cè)到生物和化學(xué)武器，但是迄今為止，任何人造的探測(cè)儀遠(yuǎn)沒有比狗的靈敏嗅覺更加有效。

“間諜蟲”發(fā)威

想象你置身于一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，而敵人在策劃下一次襲擊，你會(huì)多么希望自己是敵人墻上的一只蒼蠅，偷偷聽敵人在如何派兵布陣！最好這只蒼蠅還能錄下敵人的聲音，傳輸圖像資料，甚至能夠?qū)橙税l(fā)射微小武器。

這種007式的神話將在不久的將來變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。美國(guó)代頓的賴特——帕特森空軍基地的軍隊(duì)工程師正在設(shè)計(jì)一種會(huì)飛的機(jī)器人，而這種微小機(jī)器人甚至可以被偽裝成昆蟲，既可以完成不可完成的任務(wù)，又不用威脅暴露自己的“007”。

仿生軟體機(jī)器人

蟑螂綿延已上億年，目前還沒有一種生物的生命力超過它。它的生存能力令人驚嘆，其中一個(gè)絕技就是在狹縫中穿行，只要你的櫥柜有一絲縫隙，它們就不請(qǐng)自來。蟑螂的這種技能激發(fā)科研人員研制一種機(jī)器人，未來可能在廢墟中搜尋，幫助人們發(fā)現(xiàn)救援幸存者。為了了解蟑螂這種鉆縫能力的機(jī)制，最近，美國(guó)加洲大學(xué)綜合生物學(xué)系富樂教授和他的博士師生團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑著障礙通道，對(duì)蟑螂進(jìn)行測(cè)試，他們還不斷改變參數(shù)，對(duì)蟑螂的能力極限進(jìn)行探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉆縫能力的關(guān)鍵在于身體結(jié)構(gòu)。它們的甲殼盡管相當(dāng)堅(jiān)硬，保持一定的剛性，但采用鉸接式的連接，受壓時(shí)以外骨骼變形來適應(yīng)。它的腿立即轉(zhuǎn)向兩側(cè)伸出，但仍有爬行的功能。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谡系K通道中借用了天花板、地面之間的摩擦力，用身體摩擦腿爬行的獨(dú)特方法在狹窄的空間中快速行進(jìn)。有了這位“老師”，他們著手研制“美國(guó)蟑螂的人造板”。采用激光切割，覆膜等先進(jìn)工藝，以折疊式板塊構(gòu)建外骨骼，制造了可壓縮機(jī)器人（CRAM）和發(fā)聲蟑螂很合群，還能學(xué)習(xí)它們的行為。