《当自然赋予科技灵感》:追寻仿生故事 | 一日一书

摘要: 寂地今年上半年去了全国许多城市,见到了各地的大家,渐渐萌生了一个想法:把《我的路》变成我们的路——做一本特

11-09 06:29 首页 凤凰读书


基本信息


作者:[法]玛特·富尼耶

出版社:后浪丨江西人民出版社

译者:潘文柱

出版年:2017-10



内容简介


亿万年来,大自然中种类繁多的植物和动物经过优胜劣汰的进化过程,形成了千奇百怪的形态和功能,这些多样性中包含了大量可以帮助解决技术问题的方法。于是,懂得观察的工程师、建筑师和科学家就向慷慨的大自然学习那些简单而有效的想法,进而发展出了仿生学……


本书以精彩案例讲述植物和动物如何启发了发明家、工程师、建筑师、科学家,也讲述了仿生学如何成为现代科学研究中最有前景的学科之一。在每一个对页里,左页介绍一种植物或动物启发一种或多种仿生发明的故事,另有多个小模块,向我们展示了这种植物或动物的物种信息、奇特策略以及由它们引发的“想象出的发明”;右页则是该植物或动物的标本照片,以及由插画师蒂特瓦内(Titwane)绘制的发明原理图。


日新月异的科技可能已经将书中所称的“我们或许能够发明”和“正在研究”变成了现实,而“目前已得到广泛应用”或许已经过时。但无论如何,这些仿生发明的故事依然充满趣味,我们从中看到的大自然的巧妙与慷慨,也永不过时。更多关于仿生学的妙趣有待读者朋友们在阅读过程中悉心发现。


作者简介


玛特·富尼耶(MatFournier),毕业于巴黎第八大学,专业为法国文学和比较文学,现为美国伊萨卡学院助理教授。童年和青年的大部分时间都在梅康图尔山林间度过,学习过动物、植物和景观方面的知识。



试读

1)先看看文中插图






机器仿生学:当机器模仿自然和人类


如果我们模仿的动物是人类,这还算是仿生学吗?在20世纪中期,就像一百年前的航空科学那样,机器人科学吸引了研究者和大众的兴致。随之而来的,是创造出人造的人类复制品的美梦(或者噩梦)。几十年后,这种痴迷和它所引发的恐惧已有一些消退。不过,在这种背景下产生的科学--机器仿生学(bionics,可译为"仿生学"。一般认为bionics这个词和这门学科是在1960年由斯蒂尔首先提出。但在法语环境中,该词对应bionique,通常指从动植物身上获取灵感来创造新的科技,可以说是狭义的仿生学。--译注),取得了令人赞叹的进步。


20世纪60年代初,"机器仿生学"一词通过美国代顿的一场会议而得到传播,这场会议聚集了来自世界各地的科学家。


这场会议的倡导者是杰克·斯蒂尔(JackSteele),美国军方的研究者和军官。当时冷战正酣,杰克·斯蒂尔意识到一些或许能为生物学打开前进大门的可能--如果它们是在武器领域得到开发的话。从间谍机器人到水陆两栖的越野运载工具,从超强机器人到变异动物……这是一个世界的开端,它会为科幻小说提供素材--但不止于此。


代顿的会议标志着杰克·斯蒂尔所称的"机器仿生学"的研究者的第一次聚集。他将这门学科定义为"模仿生物原理来建造技术系统,或使人造技术系统具有生物系统特征或类似于生物系统的科学"。这样的定义不仅包括模仿人类的发明,而且还与仿生学定义有部分相交。


不过,机器仿生学这一术语如今更多地关联着机器人科学和修复学--就是模仿生命体,以及研发能够"移植"到生命体中的人造肢体和器官。


我们还记得20世纪60年代和70年代在漫画和电视连续剧中出现的人物的"仿生"四肢。几十年过后,它们几乎成为了现实。这种肢体尤其得益于人造肌肉的发明,它能够遵从电流刺激反应。


人造肌肉由一种新型材料--电活性聚合物制成,在20世纪的最后几年里研发成功。不足之处是它在力量方面还有待提高。在最后的实验中,它在力量方面还是比人类肌肉差了许多……


另一方面,凭借目前神经学上的知识已经足以造出一种既模仿人类肢体外形,又遵照主人的神经命令的假体。而且,在不远的将来,它能够向大脑传导信息,让它的穿戴者能够"感受"到它在触碰某些东西。


争夺空间的动物-机器


一只甲壳虫与一台计算机有哪些相似之处呢?答案远远多于我们能想到的。在科幻作家们的想象中,机器人就如同人类的复制品。


事实上,今天的机器人研究将希望寄于动物身上。动物们--甚至在某些情况下,还有植物们--能够教给机器人的,首先就是它们的移动方式。动物的移动方式多样且绝妙,挑战着人类运载工具的原则。某些动物能在水面上或天花板上行走,或者比任何直升机都能更稳定地悬停,或者能从一道裂缝潜入物体内部,或者能在地底下穿行……动物们掌握了无数工程学问题的答案,只要我们能成功地模仿它们。


如果说动物们的移动方式极其高效,那首先是因为它们能够适应它们的生存环境。请想象一个必须在海底走动的机器人:还有比能抵抗着水流在礁石中行动的甲壳类动物更好的学习榜样吗?这就是机器龙虾,一个机器人-龙虾的结合体(见第60页),它专门用于探索海岸边的水下部分。同它的模仿对象一样,这个机器龙虾也具有一个能够抵抗外界压力的甲壳;除此以外,它的外形也使得它能够在重力小于地面的水中依然保持紧贴海底。机器龙虾只不过是数十种忠实模仿动物的外形和移动方式的机器人之一。机器蜗牛(RoboSnail,名字来源于一种水生蜗牛)--一种能征服空间的机器--同样能在水下移动,不过需要黏附在载体上。机器七鳃鳗的发明能让人更深入地理解爬行动作和"感受器",即将神经冲动从身体的一部分传导到下一部分的接收器。另外,还存在机器蛇、机器鱼、"仿生企鹅"(见第110页)、用苍蝇或者胡蜂的方式飞行的机器人、像水母一样移动的机器人……


一种移动方式如果已经完美地适应了一种环境,并不意味着它应该就此却步。在本书的例子中,一种动物和一种植物成为了探索火星的榜样。动物正是天蛾(见第140页),它启发了人们发明多模态电子昆虫--达·芬奇扑翼机的一种变形后代,这种器械能够在火星的地面上飞行,并且能在地面上停留和采集样品。植物则是风滚草(见第34页),西部片里的神圣植物,它能在地面上滚动行走。


这两项发明的相同点,在于它们揭示了仿生学怎样让研究者通过借鉴已经存在(通常是存在了上千年)的方式来跳出思维局限。




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责编:糖糖


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