像真正的生命那样强——仿生科技，人类提升“武力值”少不了的“法宝”

□叶勇杰

说起仿生，同学们一定不陌生。瞧瞧，船桨模仿的是鱼鳍，善承重的拱形结构受教于蛋壳，现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子，飞机脱胎于鸟的身体结构和飞行方式……从古到今，大自然的奇妙“设计”为人类社会的变革和进步带来了无尽的灵感。

可不是嘛，同学们遇到难题咋办？向老师求教学习呗。人类这“万物之灵”在大自然面前当然是“好学生”啦，看到其他生命通过以百万年计的自然选择和进化整出的特殊本领，光羡慕嫉妒可不成！哈哈，如今的“好学生”们“拜师学艺”时还用上了微型高速处理器、互联网、分子医学、新材料、新能源等高科技装备，琢磨出大幅提升人类“武力值”的“外挂”，也许有一天，人类会凭借精妙的仿生科技，拥有自然生命中最强大的力量呢。

下面来看几样最新的仿生科技产品。

给无人机安上“鸟爪”

小伙伴们要是玩过无人机，一定对无人机的两个大“瓶颈”深有体会，一个是续航能力，另一个是抓取与运送物品的能力。没错，普通的无人机蓄电量有限，无法满足长时间悬停拍摄、监控，而在人力难以触及或风险高的地方快速探测取样和运送物品，更是无人机“理应”却不那么容易实现的目标。

配备了仿生机械“鸟爪”的无人机

那么同样是在天上飞的鸟儿，它们是怎么解决这些问题的呢？科学家盯上了鸟爪。对哦，鸟儿飞累了就找地方歇一歇，甭管是粗糙的树枝还是光滑的电线，哪怕上面长满苔藓，鸟儿始终能够牢牢抓住，甚至蹲着打个盹也是“小菜一碟”。鸟类这项能力最大的“功臣”就是它特殊的爪子结构，从表皮到肌肉、韧带、骨骼，鸟儿爪子的每一个细节都为“抓握”这个小动作量身定制。最关键的是，与人类的手抓取物体时肌肉紧绷不同，鸟类爪子扣紧时肌肉是松弛的，只有在下落或起飞时才需要使力，所以它们停靠在树枝上不费劲儿！这一系列的鸟爪“绝活儿”让美国和荷兰的工程师们受到启发，发明了一种能搭载在无人机上的机械爪。

这种机械爪采用轻便坚固的材料3D打印制作。像鹰爪一样，机械爪的表面具有增大摩擦力的趾垫和爪尖，科学家还用齿轮和连接杆组成类似鸟类骨骼肌腱的传动结构。这个从鸟爪的神奇构造中汲取了力量的家伙能够长时间牢固抓握在不同物体表面，各种各样的树枝、凹凸不平的地面，只要能承载无人机重量，哪里都是它的地盘。它也能根据指令，像真正的鹰爪一样稳、准、狠地抓握、拿取物品。最让人“点赞”的是，无人机装上机械爪停靠时，耗电量将不到悬停时的1/10，这可是能大大增加无人机续航能力的好事儿。

有了仿生“鸟爪”的加持，甭管是在充斥有毒气体的矿洞，还是在危险生物潜伏的沼泽，无人机长时间运作和灵活采集样品都不在话下，要是再进一步，装备“鸟爪”的空中机器人没准将来还能在外星探测等应用场景中绽放光彩呢。

让机器人拥有真正的触觉

敏锐的触觉是人类值得骄傲的一项能力，可不是嘛，哪怕是头发丝那么细小的物件碰到你的指尖，你都会立即察觉，那些貌似功能强大的机器人在这方面可不如你！可人类总是希望机器无所不能，那就直接把人类自身专长当“课本”学吧。

人类指尖的皮肤接触物体时，一组神经末梢会变形，并发送信号告诉大脑发生了什么，以及该怎么做出反应。英国科学家以人指尖的触觉机制为蓝本，研发人工神经网络，结合3D打印的人造皮肤，制造出看起来像真正的手指的人工指尖，帮助机器人快速处理它感测到的东西，并做出相应的反应。

人类指尖拥有神经末梢，这种人工指尖也拥有橡胶表层下的一簇簇微型针状突起，它们像梳子的鬃毛一样坚硬但可弯曲，当接触物体表面时，这些突起会移动并发出不同的信号，神经网络将这些信号转化为指尖动作，如握紧或调整指尖角度，这个过程与真正的触觉十分相似。

人工指尖正在做精准感知测试

目前，人工指尖已经能区分十余种织物，能探测到窄窄的缝隙，虽然人工指尖还没有像真指尖那么敏感，但随着技术的进步，人类很快就能让机器人和假肢像人类指尖一样感知细微物体表面的纹理，自主处理各种形状和大小的物体啦。

用自主学习“刷新”四足机器人奔跑速度

说实话，要让机器人在各种复杂路面快速奔跑特别不容易，因为环境变化无穷丰富，很难有一种“万能”的程序去操控机器人。可生物不一样，人类和各种动物都能识别地形变化，设法找到不摔倒又尽可能快速的前进方法。所以，那就让机器人也去学习呗。

“迷你猎豹”机器人

美国麻省理工大学的研究团队研发出搭载了独特的“经验学习”系统的“迷你猎豹”机器人，它能自己学会如何穿越各种地形表面，并创造了秒速3.9米的四足机器人行进速度世界纪录！瞧，它在撞到障碍物后懂得迅速绕过，尝试几次，就能学会在湿滑结冰路面，以及松散的砾石山丘等地形奔跑。相比之下，我们人类能在跑道上快速奔跑，可在冰面上就只能慢慢来，这个能找奔跑“窍门”的家伙看上去强悍多啦。

天上的白云缓缓地飘着，广阔的大地上三三两两的农民在辛勤地劳动着，柔嫩的柳枝低垂在静谧的小河旁，河边的顽童来来回回地奔跑着，打破了小河的宁静。

杭州市长寿桥小学 陈希芮

“迷你猎豹”虽然不如真猎豹跑得那么“飒”，但它能通过反复试验来自主学习，在积攒了对不同地形的足够经验后，就可以在后续工作中自动改进其行为。它的人工智能可不是一般的强大，静止不动的三个小时内，它就能用合成数据迅速模拟并积累过百天的各种地形、天气等环境变化经验，不断提升自己适应环境的能力，这可没啥生物能比得上。

用心肌细胞给“生物机械”装上动力源

我们的心脏是生命的动力之源，在人的一生中，心脏总计要跳动二三十亿次，你既不需要也不能够控制它的每一次跳动。想要从自然的创造中寻找灵感的科学家，绝不能错过心脏这种精妙的天然全自动液泵。

“生物机械鱼”

在人类生产、生活中，泵是一种少不了的动力装置，人们为了制造具有复杂功能的机械泵没少费心思。那为啥不转换思路，用现有的天然材料来尝试呢？美国哈佛大学的一群科学家们就这么干了！他们用干（ɡàn）细胞技术培养了一堆同样具有“自动泵”功能的活体人类心脏肌肉细胞，做出了人类首批会完全自主游动的“生物机械鱼”。

科学家在“生物机械鱼”尾鳍两侧各安置了一层心肌细胞作为肌肉，当一侧心肌细胞收缩时，另一侧心肌细胞就会拉伸，带动尾鳍以每秒约2次的频率摆动游泳。虽然它个头不大，体长只有14毫米，体重只有25毫克，但如果按单位质量肌肉的游动速度来比较，它的游速可以超出天然鱼70~150倍！而且它非常耐久，其中维持自发游动时间最长的坚持了一百多天，相当于尾巴摆动了近四千万次，在此期间，“生物机械鱼”的肌肉收缩幅度、最大游速、肌肉收缩的协调性都基本保持不变。

乖乖，这次做出了“生物机械鱼”，下一步，科学家的目标是做出一颗完好、可以跳动十亿次以上，而且还可以自行修复细胞的人工心脏，为心脏病人造福。再下一步，也许是能够不知疲倦地自动干活的生物混合机械？也许是拥有自主行为和特别能力的混合生命体？找到了动力源，“外挂”的“武力值”就能直接“爆表”，真是想想都让人激动！

我可以寻找冬。冬，藏在厚厚的白霜中，藏在光秃秃的树枝中，藏在呼啸的寒风中。

浙江瑞安市实验小学 林学嘉