如果说生物界范畴内存在一个“知识产权”的话,那么人类将是最大的“抄袭”者,当人类工程师开始从35亿年生物进化史“抄袭”智慧时,世界也正悄然经历一场颠覆性的技术革命,这就是技术仿生学!
技术仿生学以颠覆性的创新重新定义了人类与自然的关系,这是一场跨越生物学与工程学的认知突围赛,科学家们也在一步一步的突破想象力的边界,将自然界生物的精妙设计转化为改变人类文明的尖端科技!
一、仿生技术带来的“生命机械”可还记得波士顿动力实验室内,那个双足机器人Atlas完成的后空翻动作,这在当时震撼了全世界,可以说是工程师对灵长类动物运动神经系统的深度解码以及模仿,此项技术通过逆向工程人类跟腱的弹性储能机制,使得液压驱动系统实现了37%的能量循环利用率,相较于传统电机的利用率提升了5倍以上。
在医学技术领域,加州大学伯克利分校革命性的“机器水母”,又是一次对自然界的模仿,这种直径仅2cm的软体机器人,通过模仿栉水母纤毛的协同运动模式,利用形状记忆合金制造出了1200根可以独立控制的仿生纤毛,实现了在微观流体环境中超越螺旋桨的机动性,这个带来的意义就是传统介入手术的创伤性将会被改写!
在航空航海领域,我们较为熟悉的就是声纳导航以及回声定位,科学家通过模拟蝙蝠耳蜗的频谱来进行分析,采用128通道声学传感器阵列模拟,可以实现在完全黑暗的洞穴中实现厘米级精度定位,更为火星探测器提供了全新的导航蓝图。
当瘫痪患者用意念操控机械臂举起水杯的那一刻,标志着脑机芯片正在创造新的神经编码范式,而脑机芯片的核心技术就是在模仿大脑皮层柱状结构的信号处理方式,通过像脑部植入硬币大小却包含3072个纳米级电极设备,来采集人类大脑神经元的放电活动,进而再模拟人类大脑神经元的放电,实现肌肉的控制。
不仅如此,科学家们还进一步验证了人脑系统是可“模拟”的,洛桑联邦理工学院的“人工视网膜”系统就是很好的佐证,他们通过仿生视杆细胞的信号转换机制,使用纳米级电传感器阵列能够产生与生物视网膜相似的神经脉冲模式,在动物试验中,失明的小鼠成功识别到移动物体轮廓,所以人类技术模拟的神经视网膜系统与生物神经是可以“兼容”的。
根据权威期刊报道,德国马普研究所,已经将人工光合系统的太阳能转化效率推向了新高,该研究机构通过模仿蓝藻的类囊体结构,采用多层石墨烯光电极将水分解反应的量子效率提升到了22%,这远超自然界植物1%的平均水平,实现光能到电能再到氢能的连续转化。
更加神奇的是光合系统的固氮模块仿生固氮酶,在常温常压下将氮气转化为氨的效率,甚至达到了哈伯法的83%,这甚至可以改变传统氨肥的生产模式,实现无污染无废料氨肥环保生产模式。
其实除了上面的尖端仿生技术以外,在我们的日常穿戴生活中,也有很多仿生技术的落地场景,比如魔术贴搭扣,其实是模仿的自然界当中苍耳果实表面的倒刺结构,实现了反复粘合的功能。
还有鲨鱼皮泳衣,通过名字就能知道是模仿了鲨鱼,工程师通过模仿鲨鱼皮肤表面的微小盾鳞结构,通过3D打印技术实现V形沟槽表面,可使水流阻力降低10%,要知道该技术帮助2008年北京奥运会的运动员打破了21项世界纪录,人类体能的极限与科技极限的完美碰撞!
还有防滑轮胎的花纹,其实借鉴的是树蛙脚掌的吸盘结构,在橡胶胎面形成数百万个微型碗状凹陷。雨天行驶时,这些直径0.3mm的仿生结构可通过表面张力吸附路面,缩短刹车距离1.5米,提高车辆行驶安全性。
结语每一个仿生技术的突破都在重构人类文明的底层逻辑,从纳米级的分子模仿到宏观系统的生态复刻,技术仿生学正编织着一张联结生命与机器的认知之网。当仿生眼看见星空,仿生手触摸量子,人类或许终将理解,最高明的技术创新,往往藏匿在生命最初的源代码里!