工程师在寻找设计问题的解决方案时，越来越多地从大自然中汲取灵感——

上世纪40年代初的一天，瑞士发明家乔治 · 德梅斯特拉尔(George de Mestral)一次带小狗散步回来，发现自己衣服上以及小狗身上都粘上了牛蒡草的种子，除去这些种子很费事，这引起了他的兴趣。于是，他在显微镜下仔细地观察了这种植物的“钩环系统”，发现经过多年的自然演化，牛蒡可以通过“钩住并缠绕”在途经动物的身上来帮助其授粉传播种子。德梅斯特拉尔从中受到启发，发明了尼龙搭扣。这也许是生物模仿中最著名也是最成功的范例之一。

从机器人制造到材料科学，科技人员正越来越多地借助自然界的种种启示。大自然的杰作确实经历了时间的考验，因此忽视它们的存在显然是愚昧无知的表现。然而把自然造化的结晶移植到技术中去，仍然存在一些运气的成份。

英国巴斯大学仿生和自然技术中心负责人朱利安 · 文森特(Julian Vincent)和他的同事们正在筹建一个“生物专利”数据库，以便让每个人都可以在信息库中广泛搜索生物学原理和特性，并从大自然的现有机理中得到启发，找到解决技术难题的自然方案。

从自然中受益

以人类的智力和对设计知识的审慎应用，就可以比随机的自然进化过程造就出更有效的机制吗？事实远不如此。大自然历经数十亿年的演化，已经适应并造就出针对现实世界各种复杂问题的有效解决方案。以潜水艇为例，利用推进系统很难对潜水艇和前进方向进行细微调节，但是北卡罗来纳州的自游生物研究公司研制出一种叫玛德琳(Madeleine)的仿生机器鱼——借助“鳍”可以在水中自由地游来游去。

工程师往往会用数十年的时间发明和完善某项新技术，到头来却发现大自然早已领先一步。美国朗讯科技公司贝尔实验室的乔安娜 · 艾森伯格(Joanna Aizenberg)注意到一种叫“维纳斯花篮”的深海海绵，它的骨骼根部长有一种衍生物，无论从外形还是从光学特性而言，与商用通信光纤惊人的相似(见图)。她说，与自然界中发现的体系相比，最先进的技术有时也显得十分原始。

海蛇尾是海星和海胆的近亲，它的骨骼中有几千个微小的透镜，形成分布在身体各处的单眼。造就这样的眼睛，海蛇尾就能够从容区分白天和黑夜，并顺利逃脱天敌的追捕。这些具有光学特性的单眼直径仅为1/20毫米。虽然这些小透镜的外形是固定的，但它们之间通过一条条含有吸光色素的液体通道连接成一个网络。海蛇尾可以通过控制这些液体的流量来改变透镜的屈光度。

艾森伯格认为，目前的人造透镜由硅制作，无法灵活改变透镜的屈光度，如果借鉴海蛇尾的液态流体系统，就可研制具有同样功能的仿生人造透镜。

壁虎的吸附能力着实令人惊叹

另一个展现生物拟态学的成功案例是壁虎，壁虎飞檐走壁的功夫不仅受到“蜘蛛侠”迷的羡慕，更引起科学家们的强烈兴趣。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈 · 盖姆(Andre Geim)和美国加州大学伯克利分校的罗恩 · 费林(Ron Fearing)分别独立研究壁虎的着壁技能。壁虎能够在垂直的光滑表面自如攀爬，主要依靠脚底部数百万根极细的刚毛所产生的分子引力。通常这类力是微不足道的，但是带有刮刀状尖端的刚毛与墙壁接触时，这种微弱的力经过数千根刚毛作用得以增强，遂即产生足以支撑壁虎体重的附着力。

英美研究小组的实验表明，这些构造精巧的纤细刚毛可以采用合成材料再造。盖姆博士把重塑成果称为“壁虎带”。费林研究小组的成员、斯坦福大学的托马斯 · 肯尼(Thomas Kenny)认为，这项技术距离推广使用还有几年时间。肯尼确信，人造刚毛可能在无法使用化学粘合剂的医学应用中起到特殊作用。

尽管壁虎的吸附功能在化学粘合剂的应用前景还不十分明朗，但是诸如机器人学等一些领域正在有意识地借助自然造化去完成某些工作。美国航空航天局(NASA)正在设计的下一-代火星车将以“腿”代替车轮。肯尼博士说“腿”可以抵达车轮无法到达的地方。车轮在平坦地面可以发挥良好作用，而在崎岖山地上的工作效率实在差劲。NASA所属的艾姆斯研究中心已开发出模拟蝎子行走的8腿机器人，而美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在研制4腿机器狗，并打算将这项技术应用到战场上。

类似的仿生技术不胜枚举：Antotype材料公司从飞蛾的眼睛吸收大量光线而不反射中得到启发研制出一种能减少反射光的塑料薄膜。当这种薄膜应用于手机屏幕时，能够改善眼睛读屏时的舒适感。与此同时，佛罗里达大学的研究人员汲取鲨鱼粗糙且多刺的皮肤特点，设计出一种环保船体涂层材料。它可以防止和减少海藻和甲壳类动物附着在船舶和潜艇的船体上。宾夕法尼亚州立大学的工程师设计出在不同飞行阶段可以变形的机翼，就像鸟的翅膀在飞行时一样。此外，文森特博士受松果在不同温度自动开合的启迪，研制出一种智能织物，这种织物制作的服装可以随人体的体温变化自行调节温度，让人保持凉爽。

从稍纵即逝到把握机会

文森特认为，虽然已有这些成功先例，然而生物拟态学的开发在很大程序上仍旧依赖运气。他估计仅有10%的生物原理在技术上得到了应用。换言之，自然界中仍有大量颇具应用潜力的机理有待开发利用。目前存在的问题是工程师根据生物学家已经发现的原理寻求解决方案——但生物学家在解释自然原理及其特性的同时，必须要用技术术语加以描述，然后供工程师选择并确认。

文森特说：“若想行之有效，生物拟态学应该从生物学角度提供满足特殊工程问题需求的可行性技术范例。”这正是他和同事历时3年建立“生物专利”信息库的缘故，这样工程师就能够从中寻找设计难题的自然解决方案。例如在信息库中只要点击“推进”进行搜索，就会检索出一系列水母，蛙类和甲壳类动物的推进原理。当然，“生物学专利”数据库的这些“专利”并非传统意义上的“专利”，因为这里的信息可供任何人利用。实际上研究人员一直强调，自然才是专利的持有者，因此他们把生物拟态学技能称作“生物学专利”。

利用信息库的方法之一是确定工程问题特点，列举解决方案应有的和应避免的要素。然后搜索数据库中满足那些标准的生物学专利。比如搜索对抗引力的某种手段，数据库可能推出一系列可行性解决方案，这些取材均用技术术语描述。文森特举例说：“若你想飞行，你不必模仿成一只鸟，但是你要模仿机翼和翅膀的用途。”

文森特希望数据库将贮备更多生物学原理蓝图，以便得到工程技术的反复利用。生物拟态学可以借助计算机软件和硬件辅助设计，形体设计和控制系统都是用生物学原理在计算机_上造型的。目前大多数机器人是由程序控制的，设计人员必须预计到机器人可能遇到的每一种意外事件并且指示它如何应对。

然而，动物模型已提供多种获验证的解决问题的方案，这些解决方案可能在具体的应用中有所助益。美国东北大学神经生理学家约瑟夫 · 艾尔斯(Joseph Ayers)博士认为，自然界经历数百万年的尝试和改进，赋予生物演化生成这些行为，因此不去利用它们的优点确实愚昧。

虽然文森特的数据库不能够像运算法则那样提供一个精确的结果，但它可以帮助识别对工程师们有用的自然规律和生物行为。到目前为止，这个数据还处于早期开发阶段，仅仅存储了2500项“专利”文森特希望将数据规模扩大10倍以上，以便让工程师们更方便快捷地获取和利用有助于解决技术难题的各种信息。