[科普中国]-海洋仿生学

海洋仿生学是海洋生物学与技术工程科学间的边缘学科。是20世纪60年代才兴起的一门极其重要的学科。它通过研究某些生物的构造原理和机能，并在工程技术上加以模仿后得到应用，是海洋仿生学研究的基本课题和主要目的。

简介有许多鱼类、海龟和海洋哺乳动物能在一定的季节循一定的路线作长距离的洄游并能找到原出生地点进行繁殖，海豚在寻找食物时能利用复杂的声纳系统寻找和辨认食物并能把食物同其他物体区分开来等，这些特殊的机能和结构系统是否可以使人类得到启发，以便应用于创造和改进人类的工程技术，这是海洋仿生学所要解决的问题。

追溯实际上，早在远古时代，人们就已懂得模仿生物了。舟船、舵和桨就是古人依照鱼的形状以及鱼尾和鱼鳍发明出来的，就连人们的游泳术也是向海洋生物学来的，至今人们还习惯地使用“蛙泳”、“豚泳”。当然这还只是简单的模仿学，算不上是仿生学的研究。只有今天在科学技术高度发展的时代，我们才有可能真正掌握生物的“秘方”进而变为发展新技术的“良策”。

海洋仿生学的研究将为人类向海洋进军提供新的途径，为海洋研究提供新的方法，为人类开发利用海洋提供新的工具。

成果虽然仿生学形成一门独立的学科仅有20多年的历史，但目前已取得较多成就，并且有广阔的发展前途，例如已经从水母接收低声波的机制，创造出了一种风暴警报仪，能提前15个小时预测出来自某一方向的风暴。模仿鲎（一种甲壳动物）的眼睛结构和神经系统，设计制造了一种电视影象摄影机能在很弱的光线下得到清晰度很高的影象，利用同一原理也可用于改进提高雷达系统的灵敏度。模仿海豚的体形、皮肤结构等特点，设计鱼雷、潜艇和船只的水下部分，达到减少阻力20—50%。目前，主要针对海洋动物获得淡水、生物发光、生物富集某些物质、潜水适应及适应海洋环境的感觉器和分析器等结构和机制的研究。可以预期，在不久的将来，会为人类谋求更大的利益。

鲨鱼与仿生皮肤鲨鱼在海洋里已经生活了3.5亿年，能达到超过70公里的高时速。科学家在显微镜下检查深海鲨鱼的皮肤时意外地发现鲨鱼的鳞屑是扇形的，而且有小槽。然而，在传统的观念中，表面越光滑产生的阻力就越小。于是科学家们把数百个模型鳞片按不同的角度装配，形成了一个人造的测试表面。测试的结果表明：摩擦损失比光滑表面还要小10%。这项新发现马上找到了技术应用。这种仿生皮肤被用来包裹空中客车飞机的外表面，使每架飞机的年燃料消耗减少了350吨。如果每年来往于世界各地的飞机都装上这种皮肤，节省的燃料价值可达数十亿美元之巨，造成温室效应的二氧化碳和氮氧化合物也将会大大减少。

海蜇与“水母耳”仪器海蜇，早在5亿多年前就漂浮在海洋里，是一种极古老的腔肠动物，还是预报风暴最早、最准确的“顺风耳”。因为它的“耳朵”(细柄上的小球)中有小小的听石，风暴产生时发出的次声波(由空气和波浪摩擦而严生，频率为8赫兹-13赫兹，传播比风暴、波浪的速度快)冲击小小听石“球”壁的神经感受器，于是海蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声，便警惕地离岸游向大海避灾。

人们模拟海蛰感受次声波的器官，设计成功精确的“水母耳”仪器。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。当它接收到8赫兹-13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。这种仪器，可提前15小时左右预报风暴。

鲎与电视摄影机鲎，早在4亿多年前出现于地球上，是老资格的海洋节肢动物。但它进化不大，眼睛却很奇特--有4只。前面的两只小眼直径只有0.5毫米左右，都有晶状体和视网膜；视网膜中有50个-80个感光细胞，对近紫外辐射最敏感，但刺激停止后，小眼反应即降为零。

对鲎行为影响最大的是两侧的复眼。受光束照射后，复眼产生脉冲。一只眼受光束照射，一只眼产主脉冲;两只眼同时受光束照射，两只眼同时产生脉冲，但比光束照射一只眼时产生的脉冲的频率略低些。人类受其启示，研制成功一种电子模拟装置，能解10个元素构成的网络方程，应用这个原理制成的电视摄影机，能在激光下提供清晰度较高的电视影象。

鱼与人工侧线鱼能在伸手不见五指的海里与海流搏斗，并能准确地发现障碍物，确定正确的方向。这些本领十分奇特。科学研究表明，这些行为是鱼类使用身体上的侧线完成的，它是鱼类的“第六感”系统，由数千个延伸整个身体的细小毛发细胞组成。即使是在完全黑暗的海水中，侧线也会对鱼类身体周围的水流做出反应，从而正确地侦测到障碍物和水流的动物。

不久前，伊利诺伊州立大学的科研小组仿生开发出一套可使机器人拥有“第六感”的人工侧线，它与鱼类的侧线系统相似。这种人工侧线由许多排列在表面的，类似于发束的微小硅片组成，每一条都通过微较链连接在一个电子感应器上。当水流与硅束接触时，硅束会因不同的水流速度而弯曲，使传感能侦测到硅束弯曲的角度和方向，从而帮助机器人找出它想去的方向1。

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学