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《生物的启示》序言
2014-03-21 | 【     】【打印】【关闭

  当今世界上存在的万千种生物,都是经过亿万年的适应、进化、发展而来的。在自然的生存竞争中,各自发展出独特的生存形态与方式。当观察鹰击长空、鱼翔浅底时,会由衷地感叹大自然创造的万物的神奇,产生出美好的遐想和模仿的冲动。最初,人们发现锋利的茅草叶子会割破手指,便模仿其锯齿型结构,造出木工锯,而这还只是从形态上的模仿。后来,人们模仿鸟的翅膀制造扑翼滑翔机,但是这种原始的模仿屡试屡败。于是进行深入研究,发现了鸟翅翼形的空气动力学原理,人类才进入飞行时代。这些事例说明,外观的形态的机械模仿,还只是简单仿生结构。仿生功能还需要进行深入地研究,搞清原理,认知规律,然后用工程技术方法加以实现。大自然永远是我们的老师,鸟类的自由飞翔,启发了人类创造飞行器。但是迄今为止,用现代的空气动力学原理和机电机构还不能创造出像鸟类和昆虫那样轻巧、灵活和节能的飞行器。

  进入信息化时代,人们把电子计算机称为电脑,把自动化设备称为机器人。实际上,计算机与人脑有许多原则差别,自动化设备与人体也有着根本差异。Science 16 Nov.(2007)上有一期“Robot”专刊,其中有两篇文章专门谈到动物和它的大脑在结构和功能上对制造更完美的机器人的启示。其中一篇是Edelman所写,他因免疫学上的贡献曾获1972年Nobel奖,获奖后转而研究神经系统,近年来对脑的意识问题很感兴趣,出版若干册著作。他手下有一帮能干的年青人,把他的设想用电子硬件实现,设计出Darwin机器人,至今已改进到Darwin X号,能自主地学习,仿现人脑中海马的作用,显示出模仿人类神经系统若干功能的前景。文章题目就叫:Learning in and from brain –based devices。所以,大自然是我们人类的老师,它给我们启发、灵感和示范。 

  大自然中可以模仿和学习的东西实在太多了,但是由于生物系统的多样性和复杂性,从技术上模仿又难度很大,因此只有到上个世纪六十年代初,生物科学和技术科学都取得了长足的进步后,才诞生了一门崭新的学科------仿生学。国际上和国内在近几年在力学和结构仿生,仿生建筑结构,仿生的船舶造型,仿生红外探测,仿昆虫微型飞行器,甚至纳米尺度上的仿生微系统,都已有工程应用和研究探索工作在进行。我在2003年关于仿生学的科学意义与前沿的香山会议上邀请国内专家研讨了仿生学的进展和美好的未来,就是希望重新引发科技界向自然学习,启示和激励原始技术创新。 

  由我国著名学者贝时璋先生创建的中国科学院生物物理研究所,一直倡导交叉学科的作用,在国内也是最早从事仿生学研究的单位,1964年就提出视觉仿生学研究方向,并成立一个研究室专门从事这方面的研究。在当时物质条件极其困难的情况下,做出一些堪与当时国际水平比肩的独特的工作。文革后,随着我院科研任务的转型,该实验室及时调整方向,培养人才,在基础研究领域内做出很好的工作。2005年在此研究室基础上联合研究生院的认知实验室和我院心理所,建立脑与认知国家重点实验室。我期望这个实验室在探索认知和脑的奥秘上做出新的发现。 

  生物物理所仿生学研究的发展历程,反映了新中国科技发展的一个侧面和片断,把他们的发展过程总结出来,不仅有利于年青人了解过去,对生物物理所甚或对中国科学的未来发展也有积极的参考和借鉴意义。 

  我国目前开展仿生学研究的单位还不多,在某些方面也取得了部分进展。但整体上看来,与我们的期望还有很大差距。即便是西方发达国家进行的工作,与真实的生物功能相比,在精巧、节能、适应性等方面都有重大差别。特别是大自然进化的最高产物(神经系统和脑)的模仿方面,可以说仅刚刚开始。当今中国正在起飞奔向现代化,我们应该学习动物与环境的适应和谐相处,我们应该学习生物的高效节能,我们的研究工作也应当从大自然中获得更多的启示和灵感,做出无愧于时代要求的创新与突破。人类社会和经济的发展对仿生学提出了更高更多的要求,也为它的发展提供了更多更好的保证。我期待着仿生学在我国有更大发展和贡献。 

  是为序。   

 

  2008年4月 

评 论
                 
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