长篇阅读之科技篇：科技与自然(1)

模仿自然的技术
仿生学:工程师们在寻找设计问题的解决方案时，越来越多地以自然为榜样
20世纪40年代初的一天，瑞士发明家乔治·德·梅斯特拉尔带着他的狗散步，他对附着在他衣服和狗毛上的牛蒡种子产生了好奇。在显微镜下，他仔细观察了钩环系统，种子已经进化到可以搭路过动物的便车并帮助授粉，他意识到同样的方法可以用于将其他东西连接在一起。结果是Velcr这个产品的制作过程可以说超过了30亿年，因为这是启发它进化的自然机制所花的时间。
Velcro可能是最著名的，当然也是最成功的生物拟态或“仿生学”的例子。在从机器人到材料科学的领域，技术人员越来越多地借鉴自然的想法，这是有充分理由的:自然的设计，顾名思义，经受住了时间的考验，所以忽视它们是愚蠢的。然而，将自然设计移植到人造技术中仍然是一件漫无目的的事情。

英国巴斯大学仿生与自然技术中心主任朱利安·文森特说，工程师们依靠生物学家来发现有趣的机制供他们利用。因此，他和他的同事一直致力于一项计划，通过“生物专利”数据库，使工程师能够绕过生物学家，直接利用大自然的创造力。这个想法是，这个数据库将让任何人搜索广泛的生物机制和适当的联系，以找到技术问题的自然解决方案。

如何不重新发明轮子
当然，人类的智慧，以及对设计知识的有意应用，能够设计出比盲目、随机的进化过程更好的机制？远非如此。经过数十亿年的反复试验，大自然已经为各种复杂的现实世界问题设计出了有效的解决方案。以控制潜水车这一棘手的任务为例。使用螺旋桨，很难做出精细的动作。但是位于北卡罗莱纳州达勒姆的内克顿研究公司已经开发出一种叫做马德琳的机器鱼，它可以用鳍来操纵。
在某些情况下，工程师可能会花上几十年的时间发明和完善一项新技术，结果却发现大自然捷足先登了。例如，新泽西州朗讯科技公司贝尔实验室的研究员乔安娜·艾泽伯格指出，金星花篮是一种深海海绵，其多刺的骨骼生长物在外观和光学特性上都与商业光纤非常相似。她说，相比之下，有时自然界中发现的系统甚至可以让最先进的技术看起来很原始。
海星是一种与海星和海胆有亲缘关系的海洋生物，它们的骨骼包含数千个微小的晶状体，共同形成一只分散的眼睛。这使得brittlestars能够逃脱捕食者并区分白天和黑夜。除了具有不寻常的光学特性和非常小——每个直径只有二十分之一毫米——这些透镜还有另一个与微光学系统特别相关的技巧。虽然晶状体的形状是固定的，但它们通过一个充满液体的通道网络连接起来，通道中含有吸光色素。这种生物可以通过控制这种液体来改变镜片的对比度。艾森伯格博士说，同样的想法也可以应用在人造晶状体上。“这些是由硅制成的，因此不能改变它们的特性，”她说。但是通过复制brittlestar的流体系统，她已经能够制造具有相同灵活性的仿生透镜阵列。
仿生学力量的另一个证明来自壁虎。这种蜥蜴沿着墙壁和天花板行走的能力非常有趣，而且不仅仅是蜘蛛侠的粉丝们。两组研究人员，一组由曼彻斯特大学的安德烈·海姆领导，另一组由加州大学伯克利分校的罗恩·费林领导，已经独立开发出复制壁虎贴墙能力的方法。壁虎成功的秘密在于覆盖在脚上的微小毛发状结构，称为刚毛。正如你所料，它们不是分泌一种粘性物质，而是将它们的粘附特性归功于极其微弱的分子间吸引力。众所周知，这些范德华力存在于任何两个相邻的物体之间，产生于刚毛和壁虎所依附的墙壁之间。通常这种力是可以忽略的，但是刚毛和它们的抹刀一样的尖端最大化了与墙壁接触的表面积。这些微弱的力，在数千根刚毛上倍增，足以支撑蜥蜴的重量。