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虽然人类自古以来就不断模仿自然，但“仿生学”这个名词始于1960年，它横跨了生物、物理、化学、数学等基本学门，并且与航天、通讯、材料等应用科学相互交织成新的研究领域。近年来，有越来越多的科学家投入仿生学研究的行列，更结合了新兴的纳米科技、智能工程、以及组织工程等三大热门主流，为人类21世纪的科技发展开拓了一条崭新的道路。  模仿自然提供了许多优势，因为自然界的各项功能存在既久，并且方便有效，是历经演化所保留下来的最佳方式。人类模仿大自然的巧门，创造出能够应用于人类生活的发明，即使是微不足道的小发明，对于人类生活的影响却可能非常深远。  例如我们日常生活常用的“尼龙搭扣”，是瑞士的一位工程师乔治·迈斯楚由野外会沾上衣服的芒刺所想到的点子。他在显微镜下观察沾在他衣服上的芒刺，发现芒刺像一排钩子互相连结在一起，能够紧紧地钩住接触到的衣料或动物的皮毛。根据芒刺的构造，历经8年不断地研究和修改，他设计出一种实用的搭扣，就是我们目前在日常生活中随处可见的尼龙搭扣。今日无论是衣服、鞋子、表带、背包、甚至汽车、飞机、降落伞、太空装或航天飞机，都可以看到尼龙搭扣的应用。  然而有时候完全模仿大自然也不见得能够生效，例如人类试图复制鸟类的翅膀来飞翔，可是没有成功，反倒是通过大自然的启发，创造出许多伟大的发明。通过鸟类飞行的启发，配合气体动力学的原理发明了飞机，终究还是让人类飞上了天空。  　　  功能奇特的人工内耳  听觉对于人类似乎不是必要的，丧失听觉的人依然可以生活，但是会造成许多不便，尤其是在与他人的沟通方面。听力可能因为天生残疾或后天的疾病而受损，轻微的听力障碍，可以通过助听器辅助或进行听力复健而达到改善的目的。由于助听器的功能在于收集声波，并放大送到耳朵里面，最后还是要通过听神经把讯号传递到大脑，对于内耳神经受损严重的患者，助听器就无能为力了。这时必须通过外科手术，植入人工内耳才能改善听力。  人类耳朵的听觉机制，大致上是通过外耳廓收集声波，通过听道震动鼓膜，推动听小骨（包括槌骨、砧骨及镫骨）把声波放大，传到耳蜗上的卵圆窗，引起耳蜗内淋巴液的流动，带动耳蜗内纤毛的摆动，使得与纤毛相连的神经细胞产生微小的电位变化。神经细胞再把讯号传进大脑听觉专区，经过解读后便产生了听觉。  人工内耳是通过模仿人类的听觉机制，使失聪者可以恢复听觉，以取代原本丧失功能的耳朵。这项技术的起源，可以追溯到1790年，科学家在实验中无意间发现，置于耳朵附近的通电电极会使人听见杂音。不过这方面的研究一直要到20世纪中叶才有重大的发展，进而实际应用于医学领域。  人工内耳系统包括外部的麦克风、声音处理器和发送器，以及内部的接收器和电极。先由体外的麦克风收集外界的声音，并转为电子讯号，传送到声音处理器加以放大或过滤，再通过体外的发送器，将讯号传送到植入皮下的接收器。  新一代的人工内耳是以无线电波的方式传送信号，代替过去利用电线穿过皮肤的方式，降低了细菌感染的可能性。接收器再把声音讯号传送到植入失聪者耳内的白金电极，进一步把电子讯号转成微小的电位来刺激听神经，使大脑产生听觉。由于白金的低活性，置于耳内不易和组织起反应而变质，安全性相当高，但价格偏高是其缺点。  在我们的耳朵内，听小骨把震波传进耳蜗之后，由于耳蜗本身形状、大小的变化，加上受到内部淋巴液质量和密度的影响，声音在传入耳蜗内部的途中，频率会由高至低被过滤出来，并且不同位置的纤毛也会对特定频率的震波产生不同的摆幅。所以内耳对于不同的频率高低和震动大小，对应出不同强度的神经讯号，使我们可以分辨周围不同的声音。人工内耳也必须具有类似的功能，才可以使佩戴者辨识不同频率的声音。  公元1970年，麦克森和爱丁顿等人发展出以多电极直接刺激耳蜗内听神经的人工内耳系统，把各种不同频率的接收电极放在耳蜗的不同区域，虽然能够大幅提升对声音的辨识率，但是距离正常听觉仍有很大一段差距。近十几年来，人工内耳技术比起早年有了大幅的进步，目前最新的人工内耳已植入多达24个电极来刺激听神经，可以使部分失聪者不用通过判读唇语便可与人沟通，甚至可以像常人一样讲电话。  不过根据国外实验结果显示，对于大多数失聪者而言，即使佩戴目前最新型的人工内耳，所能恢复的听觉仍然有限，不及正常人的一半，对于日常生活中的背景声音，分辨率仍然非常低。因此人工内耳在声音辨识率的发展上，仍有许多亟待突破的瓶颈。  此外，人工内耳的无线电传收系统，讯号在传递时常常受到外界干扰而产生噪声，使得声音听起来失真。在制造材料方面，由于体外的部分必须长时间佩戴，选用的材料必须能抵抗汗水的侵蚀，而体内的部分因为置于组织中，所以必须选用可抵抗组织液侵蚀的材料。  目前电子内耳的研究方向，在于设计出更好的声音处理程序、降低刺激电极之间彼此干扰产生噪声的机会、改进电池耐用度、组件材料的选用、以及体积微小化。通过神经生理学、电子学、电池设计、以及材料科学等学科的整合研究，未来一定可以研发出使人能够完全恢复听力的人工内耳系统。  　　  灵敏入微的电子鼻  嗅觉对人类的必要性似乎不及听觉，但是人类之所以能够享受美食，90% 是靠嗅觉之赐，如果没有了嗅觉，就会食而无味。哺乳动物的嗅觉机制主要可以分成三部分：接受、传导及显示。不同气味的分子，经由呼吸进入鼻腔，与鼻腔中嗅觉细胞纤毛上的嗅觉受体蛋白发生作用，形成各种不同的特殊键结，造成不同的神经脉冲讯号。再通过嗅觉神经发出动作电位，传输到大脑的嗅觉专区，通过大脑的判读，利用从前的学习经验来判别气味的种类。  电子鼻，顾名思义是利用电子仪器来模拟哺乳类动物的嗅觉机制。电子鼻的技术是利用计算机模拟嗅觉受体蛋白与气体分子之间的作用，进一步以人工方式合成受体蛋白，并把人工受体蛋白制成“接受膜”，取代人类嗅觉细胞，用来连结传导介质。  传导介质则是以压电石英晶体所制成的模块芯片，采用矩阵式排列，气体经由接受膜吸收后，增加的质量导致谐振频率的改变，通过谐振频率测量出气体物质的质量与浓度。并通过统计分析或人工神经网络处理，与预先建立的数据库比对出气体的种类，最后通过电子屏幕以图像及数据显示气体的来源。由于要检测的气体分子往往非常微量，浓度通常在十亿分之一的层级，所以接受膜的感测敏锐程度及专一性是这项技术的关键。  这方面的技术，初期是用于香水、葡萄酒和食品工业等方面，用来作为食品保存监控及风味鉴定的工作，或是应用于环境中有害气体的监测，例如汽摩托车废气、工业废气等，还有军事上对于毒性气体的监测等。  近年来，电子鼻的技术也应用到疾病诊断上。大家或许都有经验，在某些特殊病人的身上，可以闻到某些独特的味道，因此可从特定疾病患者的呼气检体进行疾病检测。中医广泛运用的望、闻、问、切、触等的诊断技术，其中也包括了“闻”。利用电子鼻来做诊断工作，只是把原本是人的鼻子，变成了电子仪器。  传统的呼气检测方式是根据标准的呼气采样程序采集检体后，再用气相层析仪配合质谱仪判定化合物种类。这方法不仅仪器昂贵、耗费时间，且其分析的过程必须把大约3公升的呼气样品浓缩后，才可达到仪器能侦测的最低极限值。电子鼻技术所需的分析成本不但降低很多，而且呼气样品也只要10毫升左右，不但操作简单、反应快速，而且仅数分钟就可完成检测。  目前国内也开发出若干电子鼻的技术应用于疾病检测。例如尿毒症患者呼出的气体中，含有微量的三甲基胺、二甲基胺等气体，可以利用特殊的嗅觉受体蛋白进行感测。目前尿毒症诊断模块的技术已进入临床实验测试，可以区别正常人与血液透析患者、腹膜透析患者、慢性肾功能不全、慢性肾功能衰竭等不同严重程度的肾脏疾病患者的呼气检体，准确程度可达八成五。  此外，肝硬化患者本身会呼出微量的二甲基硫气体，也可以利用相同的技术进行模块的研发，准确程度可高达九成三。未来电子鼻的技术可以扩展到更多的疾病，如肺脓疡、糖尿病、精神分佳节又重阳裂症、肠胃道疾病、肺癌等，可以提供快速的检验方法。  　　  安精密至极的人工肌肉  我们之所以能够行动、举起重物，靠的是肌肉与骨骼的协调运动。肌肉的最小单元是肌纤维，肌纤维由肌动蛋白和肌凝蛋白两种蛋白质交错排列而成。当肌肉收缩时，肌凝蛋白不动，而肌动蛋白往中间滑动，使得整体长度缩短；反之，当肌肉伸展时，肌动蛋白则往外侧滑动。  十多年前，美国太空总署为了在外层空间工作，计划开发新型的机器手臂，来完成传统油压机器手臂无法做的精密动作。通过模仿人类手臂肌肉的动作，开发出多种材料，可以通过电流的通过产生收缩现象，这类的材料称为电致动聚合物。  电致动聚合物的动作原理和肌肉收缩原理有些不同，随着电位大小的变化，会产生不同程度的形状改变。通电时，电致动聚合物内部分子受到电位的影响，使分子排列从原本的结构变成偏往某一端聚集，整个外观看起来，就像是整条电致动聚合物如同肌纤维一样弯曲、缩短或伸长。当电位的方向改变时，又会使电致动聚合物向另一个方向弯曲。电致动聚合物的这种特性，为其赢得了“人工肌肉”的称号。电致动聚合物主要可以分成电子型及离子型两大类，工作原理都是利用导电使形状改变，不过电子型是直接通电刺激，离子型则是通过溶液中带电离子的移动来传递电荷。  人工肌肉可以应用于机器手臂，由于聚合物的重量比金属轻了许多，应用于外层空间可以大幅减少载重。目前国外已经成功利用电致动聚合物制造出机器手臂和机器脸，机器手臂已可做出如伸出某支手指这种精密的动作，未来可以开发出手术用的机械手臂，机器脸也有能力做出像是眨眼或动嘴唇的表情。  值得一提的是，公元1999年美国人巴科恩对全世界的工程师提出一个挑战，征求利用人工肌肉设计出一个人工手臂，用来和人类进行腕力大赛。第一次的比赛于2005年3月7日在美国圣地亚哥举行，一个17岁的年轻学生击败了参赛的3个人工手臂，最好的人工手臂仅撑了23秒，尽管如此，电致动聚合物的发展潜力仍然深受瞩目。  电致动材料的发展与应用目前尚处于初期的阶段，现有的电致动聚合物仍有许多缺点等待克服，如降低驱动电压、增进机械强度、加大变形程度、以及加快反应速度等。除了上述机械手臂和机械脸的应用外，电致动聚合物也被制成机器昆虫或可以在水中游泳的机器鱼。电致动聚合物也可以用在医疗方面，例如量血压用的压脉带，甚至用来替换受损伤的肌肉组织。当病患的肌肉坏死无法动作时，医疗人员便可利用电致动聚合物植入患处，配合适当的电刺激，使残障者可以重新活动，不需要再倚赖轮椅和拐杖了。  通过仿效自然法则，模拟感官接收、传递、运作的方法与机制，可以为人类带来许多福祉。未来仿生科技结合纳米材料及生物技术，可以制造人工视网膜、人工味蕾、人工神经传导系统等更复杂的人工感官系统，必会对人类的生活提供更多的帮助。

【仿生学】　　仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。　　仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性质”的意思）构成的。　　仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。　　苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。　　自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。　　仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。

Nicole natri

     艺术家网站shardcore

  看到这个，可作为我们下次展览海报了

http://www.techdigest.tv/2008/05/monkey_uses_its.html