大自然的能量科技

材料,另一半则覆盖了蛾眼。 直视表面,没有太大的差别,但是从某个角度看去,覆盖蛾眼的表面,看不到一点强光。

在太阳能电池上应用蛾眼技术,被吸收的阳光增加了,电池的效率也提高了。而同样是利用太阳光产生能量,树叶的效率要比太阳能电池低得多,相对成本也非常低廉。自然界的解决之道尽管效率不高,但很廉价,毕竟,树叶无处不在。

白蚁是自然界的建筑大师,它们建造巨大的土城堡。这些“城堡”并不是简单的土堆,而是很复杂的建筑物。一窝白蚁产生的热量与一头奶牛一样多,而且它们又生活在密闭的土堆里,所以,它们必须以某种构造方式使蚁巢通风。(图2)

通过测量科学家们发现,蚁巢内部确实整天都维持着一个非常合适的温度。白蚁调节空气的秘密,就在于蚁巢的建筑细节中。科学家们用JCB(作业控制块)精细挖掘技术把蚁巢切开,试图看清其基本结构。

但是,这个纵切面太粗糙,无法看清蚁巢的建筑细节。

于是,科学家想出了一个新的主意:向巢内注入石膏,让石膏在所有隧道中流通,然后凝固堵住。这件事非常难办,因为浆液不能太稠,要刚好能够流到所有的隧道中;却又不能太稀,太稀会无法凝固。最难的是他们得弄清巢穴何时才能充满,以免灌入过多的水,冲坏了蚁巢的结构。

漫长的等待后,终于可以检验实验的成果了。在高压水流的冲刷下,蚁穴的泥被冲走了,石膏定型的复杂隧道系统留了下来。摆在科学家们面前的,是一尊白蚁穴的雕塑,这个王国的建筑第一次以这样的方式呈现在人们面前。(图3-1、3-2)

但是,科学家们仍不满意。这种办法揭示了较大的隧道如何相连,但同时也毁坏了一层很窄的隧道。科学家们在JCB的挖掘中曾经注意到有这样一层。

于是,他们想出了一种非同寻常的方法,可以看清土堆的最细微处。

他们在白蚁穴上方安装了世界上最大的平板扫描仪。削去巢穴顶部很薄的一层,就拍摄一张照片,在接下来的两周里,土堆被昼夜不停地一毫米一毫米地削去,每削去一层都会拍摄一张照片。

科学家们将大量的连续照片输入计算机,利用专门的软件合成,最后生成出一个从来没有人见过的蚁巢结构三维图。

这几乎就是一个蚁巢的复制品,我们可以完全看清白蚁是如何修建它的王国的。蚁巢调节温度的秘密就在于风的流通。科学家们发现,蚁巢复杂的隧道网络控制着风速和风力的变化,风从中心管道进入蚁巢,然后在巢穴内部各个细小的隧道中形成稳定的气流,如果循环的气流不够强,白蚁就会把土堆加高些,多建些隧道来予以补充。

而这样环保节能却复杂的设计,我们目前恐怕连想都不敢想。

在信息社会,掌握大量的信息是立于不败之地的关键。这一点我们也能在自然界中找到高手——蟑螂。蟑螂能够非常敏感地获得信息,比如在哪里找到食物,在哪里能够藏身,它们还能敏锐地侦察到危险。

这一切都是因为蟑螂的两根尾毛,尾毛上覆盖的细毛能够对细微的空气流动作出反应。由于有成百上千根向不同方向弯曲的毛发,蟑螂就能够准确地定位气流来自何处,而且还能确定产生气流的物体有多大。

蟑螂尾毛的神经纤维一直通向腿部的控制中心,因而,蟑螂在逃跑时连想都不用想。

这种一流而经济的结构,引起了空间科学家的注意。火星表面有很强的旋风,足以摧毁目前的火星探测器,然而,如果探测器能像蟑螂那样有探测风力强度和方向的能力,就能够避开麻烦。

空间探测器的另一个研究方向是团队协作。设想如果它们每一个都能与其他探测器进行对话,像蚂蚁那样协调自己的行为,那么我们在外太空搜索生命的效率会高得多。

说到蚂蚁,它们最擅长的就是团队合作。但是,并没有哪只蚂蚁的头脑里有总体的规划设计,没有哪只蚂蚁能够全面了解整个蚁群试图达到什么目标。蚂蚁社会的密切合作源于每一个个体都只遵循着一些简单的规则。这种完成复杂任务的简单程序,激发了机器人设计师的灵感,他们试图设计出能够以类似方式合作的机器人。

西英格兰大学的机器人就是模仿蚂蚁的规则设计的,它们只会几个动作,捡起光盘,放下和转身。但设计师们对它们输入了一些简单的规则程序。

第一,如果碰到光盘,就捡起来。

第二,如果碰到墙壁或另一个机器人,就转身。

第三,如果已经拿到一个光盘,又碰到了另一个,就把手里的放下。将12个输入这些规则的机器人放在一个随意放着光盘的区域,奇怪的事情发生了:

大约过了一小时,这队机器人齐心协力拾起了所有散放的光盘,并整齐地将它们码成一堆。这或许就是我们向制造出人工蚁群迈出的第一步。

仿生学可以开创新材料的未来,可以找到人类用之不尽的新能源,而所有的这些潜力还仅仅来自目前对几百个物种的研究。自然界有千百万个物种,每一种都有我们尚未解开的秘密。

地球上生命的多样性,40亿年的生物大繁荣,是人类最大的资源。然而,这种资源正在消失,其速度与史前几次毁灭性的自然灾难不分伯仲,就像是烧掉地球上最伟大的图书馆,而这些问题的发生,都是由我们人类造成的。

也许仿生学能够改变这一切。只要仿生学确实能给人类带来巨大益处,那么这种新的学科就会成为我们更好地管理地球的指南。人类要生存下去,就必须爱护一切蕴藏着自然秘密的生命。