□葉勇杰

說起仿生，同學(xué)們一定不陌生。瞧瞧，船槳模仿的是魚鰭，善承重的拱形結(jié)構(gòu)受教于蛋殼，現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動(dòng)物的爪子，飛機(jī)脫胎于鳥的身體結(jié)構(gòu)和飛行方式……從古到今，大自然的奇妙“設(shè)計(jì)”為人類社會(huì)的變革和進(jìn)步帶來了無盡的靈感。

可不是嘛，同學(xué)們遇到難題咋辦？向老師求教學(xué)習(xí)唄。人類這“萬物之靈”在大自然面前當(dāng)然是“好學(xué)生”啦，看到其他生命通過以百萬年計(jì)的自然選擇和進(jìn)化整出的特殊本領(lǐng)，光羨慕嫉妒可不成！哈哈，如今的“好學(xué)生”們“拜師學(xué)藝”時(shí)還用上了微型高速處理器、互聯(lián)網(wǎng)、分子醫(yī)學(xué)、新材料、新能源等高科技裝備，琢磨出大幅提升人類“武力值”的“外掛”，也許有一天，人類會(huì)憑借精妙的仿生科技，擁有自然生命中最強(qiáng)大的力量呢。

下面來看幾樣最新的仿生科技產(chǎn)品。

給無人機(jī)安上“鳥爪”

小伙伴們要是玩過無人機(jī)，一定對無人機(jī)的兩個(gè)大“瓶頸”深有體會(huì)，一個(gè)是續(xù)航能力，另一個(gè)是抓取與運(yùn)送物品的能力。沒錯(cuò)，普通的無人機(jī)蓄電量有限，無法滿足長時(shí)間懸停拍攝、監(jiān)控，而在人力難以觸及或風(fēng)險(xiǎn)高的地方快速探測取樣和運(yùn)送物品，更是無人機(jī)“理應(yīng)”卻不那么容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

配備了仿生機(jī)械“鳥爪”的無人機(jī)

那么同樣是在天上飛的鳥兒，它們是怎么解決這些問題的呢？科學(xué)家盯上了鳥爪。對哦，鳥兒飛累了就找地方歇一歇，甭管是粗糙的樹枝還是光滑的電線，哪怕上面長滿苔蘚，鳥兒始終能夠牢牢抓住，甚至蹲著打個(gè)盹也是“小菜一碟”。鳥類這項(xiàng)能力最大的“功臣”就是它特殊的爪子結(jié)構(gòu)，從表皮到肌肉、韌帶、骨骼，鳥兒爪子的每一個(gè)細(xì)節(jié)都為“抓握”這個(gè)小動(dòng)作量身定制。最關(guān)鍵的是，與人類的手抓取物體時(shí)肌肉緊繃不同，鳥類爪子扣緊時(shí)肌肉是松弛的，只有在下落或起飛時(shí)才需要使力，所以它們?？吭跇渲ι喜毁M(fèi)勁兒！這一系列的鳥爪“絕活兒”讓美國和荷蘭的工程師們受到啟發(fā)，發(fā)明了一種能搭載在無人機(jī)上的機(jī)械爪。

這種機(jī)械爪采用輕便堅(jiān)固的材料3D打印制作。像鷹爪一樣，機(jī)械爪的表面具有增大摩擦力的趾墊和爪尖，科學(xué)家還用齒輪和連接桿組成類似鳥類骨骼肌腱的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。這個(gè)從鳥爪的神奇構(gòu)造中汲取了力量的家伙能夠長時(shí)間牢固抓握在不同物體表面，各種各樣的樹枝、凹凸不平的地面，只要能承載無人機(jī)重量，哪里都是它的地盤。它也能根據(jù)指令，像真正的鷹爪一樣穩(wěn)、準(zhǔn)、狠地抓握、拿取物品。最讓人“點(diǎn)贊”的是，無人機(jī)裝上機(jī)械爪?？繒r(shí)，耗電量將不到懸停時(shí)的1/10，這可是能大大增加無人機(jī)續(xù)航能力的好事兒。

有了仿生“鳥爪”的加持，甭管是在充斥有毒氣體的礦洞，還是在危險(xiǎn)生物潛伏的沼澤，無人機(jī)長時(shí)間運(yùn)作和靈活采集樣品都不在話下，要是再進(jìn)一步，裝備“鳥爪”的空中機(jī)器人沒準(zhǔn)將來還能在外星探測等應(yīng)用場景中綻放光彩呢。

讓機(jī)器人擁有真正的觸覺

敏銳的觸覺是人類值得驕傲的一項(xiàng)能力，可不是嘛，哪怕是頭發(fā)絲那么細(xì)小的物件碰到你的指尖，你都會(huì)立即察覺，那些貌似功能強(qiáng)大的機(jī)器人在這方面可不如你！可人類總是希望機(jī)器無所不能，那就直接把人類自身專長當(dāng)“課本”學(xué)吧。

人類指尖的皮膚接觸物體時(shí)，一組神經(jīng)末梢會(huì)變形，并發(fā)送信號告訴大腦發(fā)生了什么，以及該怎么做出反應(yīng)。英國科學(xué)家以人指尖的觸覺機(jī)制為藍(lán)本，研發(fā)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合3D打印的人造皮膚，制造出看起來像真正的手指的人工指尖，幫助機(jī)器人快速處理它感測到的東西，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

人類指尖擁有神經(jīng)末梢，這種人工指尖也擁有橡膠表層下的一簇簇微型針狀突起，它們像梳子的鬃毛一樣堅(jiān)硬但可彎曲，當(dāng)接觸物體表面時(shí)，這些突起會(huì)移動(dòng)并發(fā)出不同的信號，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將這些信號轉(zhuǎn)化為指尖動(dòng)作，如握緊或調(diào)整指尖角度，這個(gè)過程與真正的觸覺十分相似。

人工指尖正在做精準(zhǔn)感知測試

目前，人工指尖已經(jīng)能區(qū)分十余種織物，能探測到窄窄的縫隙，雖然人工指尖還沒有像真指尖那么敏感，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類很快就能讓機(jī)器人和假肢像人類指尖一樣感知細(xì)微物體表面的紋理，自主處理各種形狀和大小的物體啦。

用自主學(xué)習(xí)“刷新”四足機(jī)器人奔跑速度

說實(shí)話，要讓機(jī)器人在各種復(fù)雜路面快速奔跑特別不容易，因?yàn)榄h(huán)境變化無窮豐富，很難有一種“萬能”的程序去操控機(jī)器人?？缮锊灰粯?，人類和各種動(dòng)物都能識別地形變化，設(shè)法找到不摔倒又盡可能快速的前進(jìn)方法。所以，那就讓機(jī)器人也去學(xué)習(xí)唄。

“迷你獵豹”機(jī)器人

美國麻省理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出搭載了獨(dú)特的“經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)”系統(tǒng)的“迷你獵豹”機(jī)器人，它能自己學(xué)會(huì)如何穿越各種地形表面，并創(chuàng)造了秒速3.9米的四足機(jī)器人行進(jìn)速度世界紀(jì)錄！瞧，它在撞到障礙物后懂得迅速繞過，嘗試幾次，就能學(xué)會(huì)在濕滑結(jié)冰路面，以及松散的礫石山丘等地形奔跑。相比之下，我們?nèi)祟惸茉谂艿郎峡焖俦寂埽稍诒嫔暇椭荒苈齺?，這個(gè)能找奔跑“竅門”的家伙看上去強(qiáng)悍多啦。

天上的白云緩緩地飄著，廣闊的大地上三三兩兩的農(nóng)民在辛勤地勞動(dòng)著，柔嫩的柳枝低垂在靜謐的小河旁，河邊的頑童來來回回地奔跑著，打破了小河的寧靜。

杭州市長壽橋小學(xué) 陳希芮

“迷你獵豹”雖然不如真獵豹跑得那么“颯”，但它能通過反復(fù)試驗(yàn)來自主學(xué)習(xí)，在積攢了對不同地形的足夠經(jīng)驗(yàn)后，就可以在后續(xù)工作中自動(dòng)改進(jìn)其行為。它的人工智能可不是一般的強(qiáng)大，靜止不動(dòng)的三個(gè)小時(shí)內(nèi)，它就能用合成數(shù)據(jù)迅速模擬并積累過百天的各種地形、天氣等環(huán)境變化經(jīng)驗(yàn)，不斷提升自己適應(yīng)環(huán)境的能力，這可沒啥生物能比得上。

用心肌細(xì)胞給“生物機(jī)械”裝上動(dòng)力源

我們的心臟是生命的動(dòng)力之源，在人的一生中，心臟總計(jì)要跳動(dòng)二三十億次，你既不需要也不能夠控制它的每一次跳動(dòng)。想要從自然的創(chuàng)造中尋找靈感的科學(xué)家，絕不能錯(cuò)過心臟這種精妙的天然全自動(dòng)液泵。

“生物機(jī)械魚”

在人類生產(chǎn)、生活中，泵是一種少不了的動(dòng)力裝置，人們?yōu)榱酥圃炀哂袕?fù)雜功能的機(jī)械泵沒少費(fèi)心思。那為啥不轉(zhuǎn)換思路，用現(xiàn)有的天然材料來嘗試呢？美國哈佛大學(xué)的一群科學(xué)家們就這么干了！他們用干（ɡàn）細(xì)胞技術(shù)培養(yǎng)了一堆同樣具有“自動(dòng)泵”功能的活體人類心臟肌肉細(xì)胞，做出了人類首批會(huì)完全自主游動(dòng)的“生物機(jī)械魚”。

科學(xué)家在“生物機(jī)械魚”尾鰭兩側(cè)各安置了一層心肌細(xì)胞作為肌肉，當(dāng)一側(cè)心肌細(xì)胞收縮時(shí)，另一側(cè)心肌細(xì)胞就會(huì)拉伸，帶動(dòng)尾鰭以每秒約2次的頻率擺動(dòng)游泳。雖然它個(gè)頭不大，體長只有14毫米，體重只有25毫克，但如果按單位質(zhì)量肌肉的游動(dòng)速度來比較，它的游速可以超出天然魚70~150倍！而且它非常耐久，其中維持自發(fā)游動(dòng)時(shí)間最長的堅(jiān)持了一百多天，相當(dāng)于尾巴擺動(dòng)了近四千萬次，在此期間，“生物機(jī)械魚”的肌肉收縮幅度、最大游速、肌肉收縮的協(xié)調(diào)性都基本保持不變。

乖乖，這次做出了“生物機(jī)械魚”，下一步，科學(xué)家的目標(biāo)是做出一顆完好、可以跳動(dòng)十億次以上，而且還可以自行修復(fù)細(xì)胞的人工心臟，為心臟病人造福。再下一步，也許是能夠不知疲倦地自動(dòng)干活的生物混合機(jī)械？也許是擁有自主行為和特別能力的混合生命體？找到了動(dòng)力源，“外掛”的“武力值”就能直接“爆表”，真是想想都讓人激動(dòng)！

我可以尋找冬。冬，藏在厚厚的白霜中，藏在光禿禿的樹枝中，藏在呼嘯的寒風(fēng)中。

浙江瑞安市實(shí)驗(yàn)小學(xué) 林學(xué)嘉