仿生学的科学意义与前沿——仿生学的意义与发展，本文主要内容关键词为：仿生学论文,意义论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一 引言
科学的目的在于求知与求真。科学研究的动力与源泉来自人们对自然和社会的现象与规律的求知欲与好奇心；来自人们对已有知识体系和新发现的现象与规律之间矛盾或差异的求索；来自技术和社会进步提供的新方法、新工具，开辟的新领域，提出的新问题。
技术的目的在于满足需求和市场的竞争。技术创新的动力与源泉来自人们实践经验的累积与创造的欲望；来自科学发现引发的技术创新，创造的新工艺、新方法、新产品、新体系；来自对自然界生物结构、功能、行为以及相互作用的学习与模仿；来自于需求与市场竞争的推动。
科学与技术两者性质与目标固然不同，但它们仍有共同和相关之处，即都源于人的创新欲望；都源于对自然和社会的认知和学习。科学与技术互为条件，互相促进，都受到社会需求、社会环境、社会文化的制约和推动。
人的创造欲是科技创新的根本动力，自然和社会是我们认知和创新服务的对象，也是我们学习的最好的老师。
二 仿生学的定义与历史
仿生学一词最早是在1960由美国人斯蒂尔(Jack Ellwood Steele)取自拉丁文“bios”（生命方式）和词尾“nic”（具有……性质的）合成的，他认为：仿生学是研究模仿生物系统方式，或是以具有生物系统特征的方式，或是以类似于生物系统方式的系统科学。
仿生学可以这样定义：研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。
自古以来，五彩缤纷的自然界强烈地吸引着人们的探索欲望，一直是人类产生各种技术思想和发明创造灵感的不竭源泉。回顾科学技术发展的历史，我们不难发现，影响人类文明进程的许多重大发明都源于仿生思维。例如：渔网的发明可能源于古人对蜘蛛织网的模仿；飞机的翼型是模仿鸟类翅膀的剖面；喷气推进原理是模仿墨鱼的运动原理；雷达的发明源于对蝙蝠超声定位的模仿；红外寻的、红外成像的发明源于对响尾蛇红外感知的模仿；冯·诺伊曼的计算机结构实际上是模仿人的运算行为等等。
虽然仿生学的历史可以追溯到许多世纪以前，但通常认为，1960年全美召开的第一届仿生学讨论会是仿生学诞生的标志。
仿生学是将通过观察、分析、研究掌握的自然界生物所具有的各种各样的特殊本领模拟、移植到各个工程技术领域中去，为促进人类社会进步发展所用。仿生学需要生命科学、物质科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力学以及系统科学等许多学科的交叉，是一门很难划清边界的大学科。
仿生学的应用也极为广泛，可涉及所有的技术领域和大多数应用领域。
三 仿生学的意义
大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能；优化了能量与物质转化、代谢、利用体系；优化了运动方式与行为；优化了遗传、复制、发育、调控、组装的过程和机制；优化了修复、代偿、免疫机制；优化了脑与神精的结构与功能；优化了感觉器官，信息传递、处理和行为调控能力；优化了适应环境的生存能力；优化了与其他生物相互依存的能力；优化了与其他生物协同进化的能力。
仿生学的意义在于：将生物35亿年进化的结果作为发明的参考；将35亿年演化形成的生物多样性作为技术方案选择的宝库；将35亿年演化形成的生态协调体系作为发展生态环境协调、可持续发展技术的宝贵教材；将35亿年演化形成的生命遗传、发育体系作为自复制、自补偿、自组装、自生长、自适应、自调控技术的天然蓝本；将35亿年演化形成的免疫、抗逆、代谢、抗毒、解毒机制作为免疫、医药、治疗、抗逆技术的科学依据；将35亿年演化形成的脑与神精系统结构与功能作为认知研究和智能机器的最好示范；将35亿年演化形成的生命现象中的精妙和多样的微结构和微系统作为微、纳米结构和微系统技术的极好参照；将35亿年形成的生物高效、可再生能量存储、转化、利用体系作为优化人类可再生能源与物质利用技术的参照；将35亿年形成的生物在复杂环境中感知、判断、捕食、伪装、轨避能力和适应机制作为传感、判断、控制、隐身、环境适应等技术的最好学习对象；将35亿年演化形成的简约、优美、复杂、多样化的结构、形态，运动和变化作为数和形优美、简洁描述的最好对象。
四 仿生学的前沿
仿生学的前沿随着科技与经济的发展而发展，仿生学前沿无止境！
远古时代，人类的祖先模仿蜘蛛编网捕鱼；受果实和瓢虫滚动的启发发明轮子……。
工业时代，人们模仿植物和动物结构，创造新的建筑结构；模仿鸟的飞翔发明飞机；模仿人与动物发展机器人；模仿海豚发明潜艇等等。
信息时代，模仿人的运算发明计算机；模仿生物的信息传感等等。
在当今的知识时代，人们开始模仿生命的微观结构与功能、遗传与发展；模仿人脑的认知；模仿生命的协同进化等等。
知识时代仿生学的前沿主要包括：
——随着分子生物学和系统生物学的进展，以及纳米技术和MEMs技术发展的推动，仿生学向微纳结构和微纳系统仿生学方向发展；
——随着信息技术向网格和智能化方向发展以及神经发育生物学的进展，向智能与认知仿生学以及可持续经济仿生学、管理仿生学等方向发展；
——随着人们对生态环境关心的日益迫切，将引发过程仿生学、能源仿生学等发展；
——随着对基因组，蛋白质结构，脑与神经结构与功能的认知，可能会推动以解读生命信息为目的的计算仿生学的发展。
五 结论
(1)经过35亿年进化的生物世界是技术创新不可替代、取之不竭的知识宝库和学习源泉。
(2)仿生学是诸多学科的交叉，需要，尤其需要生命科学家和多学科技术科学专家的共同关注与参与。
(3)仿生科学有无止境的前沿，正向着微观、系统、智能、精细、洁净方向发展。
(4)重视并创新仿生学，是提升科学技术原始创新能力的一个重要方向。
人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了35亿年的历史。
模仿人的创造固然重要，模仿自然更有无限的潜力和机会！更有可能提升原始创新的能力！