漫话仿生技术

吴礼萍

漫话仿生技术

吴礼萍

“响尾蛇”导弹

不少动物具备超越人类感觉的天然本能，如蛇能发觉散发出热量的哺乳动物。宇宙间最聪明的生灵——人，破译蛇类神秘的第六感觉，从其舌上排列着一种类似照相机的器官会感知红外辐射中得到启示，红外技术应用天宽地阔、奇迹非凡。

早在第二次世界大战中，德美等国就开始应用红外技术。一种名为“响尾蛇”的导弹好像“长”了眼睛，向大体目标方向发射后在末端飞行中能自动跟踪飞机尾焰、坦克引擎、舰艇锅炉等目标中热辐射红外线源。寻找目标简便易行，命中率高。后来因为易受敌方发射泄光弹干扰诱惑而失效，响尾蛇眼被灵敏度更高更为复杂的热像眼所取代。

热像眼是从对蛇舌上密布的感知红外线细胞研究成果中“借”用过来的。主要由对红外线特别敏感的“半导体硅细胞”构造的热辐射摄像机能将物体（目标）不断向外释放的人眼所看不见的热分布变成图像。不管白天黑夜，观察周围景观毫不受限。而且，由于热辐射容易透过伪装，入木三分，可谓火眼金睛。我国“资源一号”卫星上装置的这种“热”眼已构成一种图像分辨率非常高的空间遥感器。

近年来，红外技术发展的态势是军用技术向民用领域扩展，“军转民”硕果累累。人体辐射红外开关自动开门控制器广泛用于公共场所，红外入侵报警器也进入千家万户。应用红外辐射加热较其他方式可节约能源20%-30%，因此广泛用于食品、医药、印刷及建材等行业和家庭的加热烘烤上。可以快速地分析上百种微量气体含量的红外光谱分析仪器在环保、卫生、石化及电子等领域应用广泛。红外辐射测温仪器、红外热电视已成为机械、冶金、电力、建筑、航空及航天等部门故障检测、品质控制的有力手段。红外多光谱成像在天气预报、资源勘探、灾害预防等空间技术应用，日益改变着人类生存和发展的条件，社会效益显著。

现在，为支持无线传输，方便用户，电子设备配置红外端口已成新潮，就像电视遥控器利用红外线和您的电视对话一样。同样地，工作站、路由器、IBMPC等使用红外线和其他的红外兼容设备（如打印机）来“对话”。当“看”到其他的有红外配置的设备，系统会向您报告，您就可以发送文件。数据经过编码后通过红外信号发送到用来解码的接收设备上，就完成了数据传输。这有点像蛇类通过红外线彼此交流一般。国际性组织红外数据协会（IrDA）专司制定和推进共同使用的低成本红外数据互连标准。标准的统一和应用的日渐广泛促使更多的高技术公司开发生产IrDA模块。技术的进步使IrDA模块集成度越来越高，体积越来越小；但是，要达到蛇类能感知红外线的生物细胞水平，彻底离开蛇类第六感觉之谜，路途还十分遥远。

人造鼻子闻炸弹

美国国防部正在开展一项新的研究，模仿狗的灵敏嗅觉来制造一种能够分辨多种化合物的人造嗅觉探测器。这项研究如果成功将大大提高美军在战区探测化学武器的能力。虽然美军已有多种技术可以探测到生物和化学武器，但是迄今为止，任何人造的探测仪远没有比狗的灵敏嗅觉更加有效。

“间谍虫”发威

想象你置身于一场战争，而敌人在策划下一次袭击，你会多么希望自己是敌人墙上的一只苍蝇，偷偷听敌人在如何派兵布阵！最好这只苍蝇还能录下敌人的声音，传输图像资料，甚至能够对敌人发射微小武器。

这种007式的神话将在不久的将来变为现实。美国代顿的赖特——帕特森空军基地的军队工程师正在设计一种会飞的机器人，而这种微小机器人甚至可以被伪装成昆虫，既可以完成不可完成的任务，又不用威胁暴露自己的“007”。

仿生软体机器人

蟑螂绵延已上亿年，目前还没有一种生物的生命力超过它。它的生存能力令人惊叹，其中一个绝技就是在狭缝中穿行，只要你的橱柜有一丝缝隙，它们就不请自来。蟑螂的这种技能激发科研人员研制一种机器人，未来可能在废墟中搜寻，帮助人们发现救援幸存者。为了了解蟑螂这种钻缝能力的机制，最近，美国加洲大学综合生物学系富乐教授和他的博士师生团队构筑着障碍通道，对蟑螂进行测试，他们还不断改变参数，对蟑螂的能力极限进行探索，结果发现，钻缝能力的关键在于身体结构。它们的甲壳尽管相当坚硬，保持一定的刚性，但采用铰接式的连接，受压时以外骨骼变形来适应。它的腿立即转向两侧伸出，但仍有爬行的功能。进一步还发现，它们在障碍通道中借用了天花板、地面之间的摩擦力，用身体摩擦腿爬行的独特方法在狭窄的空间中快速行进。有了这位“老师”，他们着手研制“美国蟑螂的人造板”。采用激光切割，覆膜等先进工艺，以折叠式板块构建外骨骼，制造了可压缩机器人（CRAM）和发声蟑螂很合群，还能学习它们的行为。