鸟儿展翅可在空中自由飞翔 。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之,三日不下” 。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中 。早在四百多年前,意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖,研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行 。设计和制造了一架扑翼机,这是世界上第一架人造飞行器 。
以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试 , 可以认为是人类仿生的先驱,也是仿生学的萌芽 。
发人深省的对比
人类仿生的行为虽然早有雏型,但是在20世纪40年代以前 , 人们并没有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉 。科学家对于生物学的研究也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上 。而工程技术人员更多的依赖于他们卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,进行着人工发明 。他们很少有意识的向生物界学习 。但是,以下几个事实可以说明:人们在技术上遇到的某些难题,生物界早在千百万年前就曾出现 , 而且在进化过程中就已解决了,然而人类却没有从生物界得到应有的启示 。
在第一次世界大战时期,出于军事上的需要,为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇 。当工程技术人员在设计原始的潜艇时,是先用石块或铅块装在潜艇上使它下沉 , 如果需要升至水面 , 就将携带的石块或铅块扔掉 , 使艇身回到水面来 。以后经过改进,在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量 。以后又改成压载水舱,在水舱的上部设放气阀,下面设注水阀 , 当水舱灌满海水时,艇身重量增加使可它潜入水中 。需要紧急下潜时,还有速潜水舱,待艇身潜入水中后,再把速潜水舱内的海水排出 。如果一部分压载水舱充水 , 另一部分空着,潜水艇可处于半潜状态 。潜艇要起浮时,将压缩空气通入水舱排出海水,艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮 。如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮 。但是后来发现鱼类的沉浮系统比人们的发明要简单得多 , 鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔 。鳔内不受肌肉的控制,而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中气体含量,促使鱼体自由沉浮 。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统,对于潜艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了 。
声音是人们生活中不可缺少的要素 。通过语言,人们交流思想和感情 , 优美的音乐使人们获得艺术的享受,工程技术人员还把声学系统应用在工业生产和军事技术中,成为颇为重要的信息之一 。自从潜水艇问世以来,随之而来的就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防偷袭;而潜艇沉入水中后,也须准确测定敌船方位和距离以利攻击 。因此 , 在第一次世界大战期间,在海洋上,水面与水中敌对双方的斗争采用了各种手段 。海军工程师们也利用声学系统作为一个重要的侦察手段 。首先采用的是水听器 , 也称噪声测向仪,通过听测敌舰航行中所发出的噪声来发现敌舰 。只要周围水域中有敌舰在航行,机器与螺旋桨推进器便发出噪声,通过水听器就能听到,能及时发现敌人 。但那时的水听器很不完善 , 一般只能收到本身舰只的噪声,要侦听敌舰,必须减慢舰只航行速度甚至完全停车才能分辨潜艇的噪音,这样很不利于战斗行动 。不久,法国科学家郎之万(1872~1946)研究成功利用超声波反射的性质来探测水下舰艇 。用一个超声波发生器,向水中发出超声波后,如果遇到目标便反射回来,由接收器收到 。根据接收回波的时间间隔和方位,便可测出目标的方位和距离 , 这就是所谓的声纳系统 。人造声纳系统的发明及在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果,曾使人们为之惊叹不已 。岂不知远在地球上出现人类之前 , 蝙蝠、海豚早已对“回声定位”声纳系统应用自如了 。
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