仿生學(xué)知識小報(bào)(2)
細(xì)胞仿生學(xué)
細(xì)胞仿生學(xué)也在水過濾領(lǐng)域初露崢嶸，科學(xué)家們希望借用人體與植物體內(nèi)存在的一種薄膜(只讓水進(jìn)出微生物的細(xì)胞)，將海水變成飲用水。在這一思路的指導(dǎo)下，他們研制出了一種“水通道”濾水設(shè)備，這款配備了“內(nèi)部水通道(Aquaporin Inside)”技術(shù)的纖細(xì)薄膜，有望將海水變成飲用水，讓臟水變成干凈水。
與此同時，光合作用過程也正被科學(xué)家們用于能源的捕獲和存儲領(lǐng)域。美國康奈爾大學(xué)薩賓設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們正在研制名為“電子皮膚(eSkin)”的適應(yīng)性建筑外層，這一外層利用了肺部細(xì)胞的特性，讓建筑可與周圍環(huán)境有效地相互作用。
很多能源問題解決方案都在采用這一原則，包括生物電池的研制等。據(jù)報(bào)道，美國猶他大學(xué)的研究人員根據(jù)人體的新陳代謝過程——幾乎所有的活體微生物都用葡萄糖來制造能量，研制出了一種生物電池，這款電池用糖做燃料，用天生擁有能量轉(zhuǎn)化屬性的酶做催化劑。
仿生學(xué)研究方法
仿生學(xué)是生物學(xué)、數(shù)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)互相滲透而結(jié)合成的一門新興的邊緣科學(xué)。第一屆仿生學(xué)會議為仿生學(xué)確定了一個有趣而形象的標(biāo)志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵“積分”在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學(xué)的組成，而且也概括表達(dá)了仿生學(xué)的研究途徑。
仿生學(xué)的任務(wù)就是要研究生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生的原理，并把它模式化，然后應(yīng)用這些原理去設(shè)計(jì)和制造新的技術(shù)設(shè)備。
仿生學(xué)的主要研究方法就是提出模型，進(jìn)行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：
首先是對生物原型的研究。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并使其內(nèi)在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學(xué)的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數(shù)學(xué)模型;最后數(shù)學(xué)模型制造出可在工程技術(shù)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)物模型。當(dāng)然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實(shí)踐——認(rèn)識——再實(shí)踐的多次重復(fù)，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結(jié)果，使最終建成的機(jī)器設(shè)備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機(jī)在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計(jì)算機(jī)在復(fù)雜的計(jì)算中要比人的計(jì)算能力迅速而可靠。
仿生學(xué)的基本研究方法使它在生物學(xué)的研究中表現(xiàn)出一個突出的特點(diǎn)，就是整體性。從仿生學(xué)的整體來看，它把生物看成是一個能與內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系和控制的復(fù)雜系統(tǒng)。它的任務(wù)就是研究復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的相互關(guān)系以及整個系統(tǒng)的行為和狀態(tài)。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復(fù)制，它們與外界的聯(lián)系是密不可分的。生物從環(huán)境中獲得物質(zhì)和能量，才能進(jìn)行生長和繁殖;生物從環(huán)境中接受信息，不斷地調(diào)整和綜合，才能適應(yīng)和進(jìn)化。長期的進(jìn)化過程使生物獲得結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，局部與整體的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。仿生學(xué)要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關(guān)系，即著重于數(shù)量關(guān)系的統(tǒng)一性，才能進(jìn)行模擬。為達(dá)到此目的，采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學(xué)的研究方法必須著重于整體。
仿生學(xué)的研究內(nèi)容是極其豐富多彩的，因?yàn)樯锝绫旧砭桶汕先f的種類，它們具有各種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和功能供各行業(yè)來研究。自從仿生學(xué)問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學(xué)的研究得到迅速的發(fā)展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機(jī)械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生等。隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科分支繁多，在仿生學(xué)中相應(yīng)地開展對口的技術(shù)仿生研究。例如：航海部門對水生動物運(yùn)動的流體力學(xué)的研究;航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導(dǎo)航;工程建筑對生物力學(xué)的模擬;無線電技術(shù)部門對于人神經(jīng)細(xì)胞、感覺器宮和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬;計(jì)算機(jī)技術(shù)對于腦的模擬以及人工智能的研究等。在第一屆仿生學(xué)會議上發(fā)表的比較典型的課題有：“人造神經(jīng)元有什么特點(diǎn)”、“設(shè)計(jì)生物計(jì)算機(jī)中的問題”、“用機(jī)器識別圖像”、“學(xué)習(xí)的機(jī)器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學(xué)的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機(jī)械仿生和化學(xué)仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現(xiàn)新的分支，如人體的仿生學(xué)、分子仿生學(xué)和宇宙仿生學(xué)等。
總之，仿生學(xué)的研究內(nèi)容，從模擬微觀世界的分子仿生學(xué)到宏觀的宇宙仿生學(xué)包括了更為廣泛的內(nèi)容。而當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)正是處于一個各種自然科學(xué)高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學(xué)通過模擬的方法把對生命的研究和實(shí)踐結(jié)合起來，同時對生物學(xué)的發(fā)展也起了極大的促進(jìn)作用。在其它學(xué)科的滲透和影響下，使生物科學(xué)的研究在方法上發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變;在內(nèi)容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學(xué)的發(fā)展又是以仿生學(xué)為渠道向各種自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)輸送寶貴的資料和豐富的營養(yǎng)，加速科學(xué)的發(fā)展。因此，仿生學(xué)的科研顯示出無窮的生命力，它的發(fā)展和成就將為促進(jìn)世界整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。
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