央视回应倪萍国籍传言:动物带给我们的启示有哪些？

仿生学是发展相当迅速的一门新兴科学，仿生学主要是利用自然界动物的特性和习性来研究其特性应用的一门科学。生活在海洋中的动物是科学家们研究仿生应用的重要动物之一。现在介绍几种海洋动物及其仿生应用。

金枪鱼 金枪鱼是海洋鱼类动物中运动速度最快的动物之一，金枪鱼捕食时会达到大约80公里的时速。在美国麻省理工大学，科学家们以金枪鱼为模型，制造了一条名叫"查理"的1．2米长的机器鱼，并在水箱中开始了测试。科学家们已经把这个发现推向技术方面的应用。

鱼的尾鳍既能作为推进动力又能导向，考虑到这个特点，在计算机上分析金枪鱼的外形，研究的成果已经为水面船只提供了鳍类推进方式。并且，机器鱼鳍的运动也经过改善，能在角落里自由游动。科学家们也研究了金枪鱼的皮肤，希望能获得更好的流线特性。

鲑鱼 鲑鱼能够在湍急的水流中生活。尽管它们的运动系统很像金枪鱼，但还是有差别。鲑鱼不但能够自如地控制自己，还能以闪电般的速度启动，从不动的状态立即达到14公里的时速。它们为什么能够做到这一点呢？除了尾巴摆动的频率以外，通常鱼越大越长就游得越快。科学家们发现，鲑鱼在加速时每秒能摆尾15次。因此，其仿生价值极高。

企鹅 企鹅在陆地上看起来很笨拙，但在水中却异常灵活。为寻找流线型的理想模式，科学家们把微型测量仪器装在企鹅背上，记录下它每天运动距离、深度和速度。为拍摄照片，科学家们还在南极装了一个特殊的水道。通过进一步的实验，发现企鹅的运动与鱼类不同，几乎只靠鳍来推进自己，这说明企鹅的身体已经进化成了大体积小阻力的优化典范。而且，它的身体在水中几乎不改变形状，这个事实使模型实验变得十分简单。

鲨鱼 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。
少林拳大量动作的动物仿生，说明少林拳继承了华夏祖先“熊经鸟伸”的导引仿生传统，继承 了华佗仿虎、鹿、熊、猿、鸟五种动物特长创造五禽戏的传统。少林拳中的自然仿生和生活 仿生动作也有力地体现了朴实的本土文化气息，透发出“物有自然”。
人工合成蛛丝

蜘蛛成为科学家关注的焦点是因为它们可以制造几种非常有用的东西，其中包括世界上最坚固的材料之一——蛛丝。“如果你曾经轻推过一个蜘蛛网，你就会感觉到在蛛网破裂前，它有一个拖拉伸展的过程”，麻省理工学院的化学工程学教授葆拉·哈蒙德说，“蛛丝正是通过这个伸展的过程吸收了许多能量，这让蛛丝成为世界上最有韧性的材料之一。”
多年来，人们一直幻想能用蛛丝制作衣服，现在这个幻想正在慢慢变成现实。研究人员首先要了解蜘蛛是如何造丝的，这也是人工合成蛛丝的关键。蛛丝含有一种纤维蛋白，这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧，以前科学家还不了解这个过程，因此至今无法造出和蛛丝同等强度的纤维。但美国塔夫兹大学的研究人员最近发现了蜘蛛和蚕生产这种纤维的秘密。令人惊奇的是，整个过程竟然由水含量来控制。通过精细的平衡水的含量，蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。卡普兰博士已经能够在实验室中模拟这一过程。不久的将来，人工制造的蛛丝将可以用来制作衣服或者强度超高的绳索。届时，人人都可以成为手握蛛丝的蜘蛛侠了。

蜘蛛毒液可成杀虫剂

科学家还希望借助蜘蛛制造一种理想的杀虫剂。一种可以杀死害虫，但对其他昆虫以及人和动物没有毒性的杀虫剂。澳大利亚的漏斗蛛分泌的毒液由100多种化合物组成，其中几种化合物已被发现只杀死特定的昆虫。美国康涅狄格大学的科学家格伦·金说：“从毒液中把这些化合物分离出来，然后再用特殊方法把这些化合物放到一种病毒上，这些病毒只对某些昆虫感兴趣，这样病毒就可以将化合物运送到害虫体内并杀死这些害虫”。如果科学家能够在实验室合成这些化合物，就可以制造出对环境完全无害的杀虫剂。

蛇毒制成去污剂

另一种来自于蛇的毒液将帮助科学家制造出更好的去污剂。美国加州惠特学院的日裔化学家德温·饭本和他的学生从佛罗里达水腹蛇毒液中提取出一种酶，这种酶可以去除衣服上的血迹。人们已经用细菌制造的酶来生产去污剂，但用动物的酶来生产去污剂还是个新事物。这种源于蛇的酶可以打碎干燥的血迹和衣服纤维之间的粘连。这项研究还处于实验阶段，目前没听说哪家公司已经将蛇毒酶加到去污剂中。

贻贝为粘合剂提供新思路

其他动物也可为人类发明新产品提供很好的素材。例如，贻贝可以紧紧帖在岩石或水泥桩上，如果凑近看，就能看到从贻贝体内伸出几十条纤细的纤维丝。贻贝有一个称为“足”的器官，“足”可以将每一根纤维丝粘附在固定物体表面。普渡大学的研究人员发现贻贝粘附物质的形成需要铁，之前还从未在生物粘附剂中发现这种金属元素。大多数生物粘附剂都以蛋白质为基础，当铁加入后，这种明胶样的物质变得坚硬。看起来铁是必需的，因为其它可以被植物和动物细胞处理的金属并不能产生这种“坚硬”过程。这个发现可以帮助科学家生产出更好的粘合剂、不锈材料以及防污油漆。

山羊奶出产蜘蛛丝

当然，在实验室制造产品和在工厂大规模生产有很大不同。例如，在工厂生产蛇酶去污剂首先要得到毒液。但无论捕蛇、人工饲养或收集毒液都不是件容易的工作。所以科学家正在实验室培养可以生产蛇毒的细胞。蛛丝有可能走合成路线，因为不能象养蚕那样饲养蜘蛛，如果把两只蜘蛛放到一个笼子里，一只蜘蛛总会吃掉另一只。哈蒙德的研究小组从聚亚安酯开始合成纤维，如今他们已经能生产既柔软又抗拉的纤维。他们正在研究使用超微粒子使纤维强度更大的工艺。其他研究人员则应用了现代生物技术。
加拿大魁北克一家生物技术公司的研究人员将生产蛛丝的基因转移到新西兰小山羊的体内，这些山羊每升奶可以生产2-15克的蛛丝。这家公司在美国纽约州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰莱斯福尔都有养殖基地，公司希望每年可以生产5吨蛛丝。
仿生形态是机能形态的一种形式。仿生形态既有一般形态的组织结构和功能要素，同时又区 别于一般形态，它来自于设计师对生物形态、结构的模拟应用，是受大自然启示的结果。人 类生活在自然界，与周围的生物为“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，自古以来吸引 着人们去想象和模仿、制造简单的生产工具，营造居所。如春秋战国时期的鲁班，从锯齿形 的草叶中“悟”到了锯的原理，有些昆虫的脚形如一双双钳子，用以捕捉猎物，而在今日 生活和生产工具中也得到广泛的应用。?

仿生形态的模拟创造由来已久，但是作为一门独立的学科却是本世纪60年代后的事。美国空 军军官J·E斯蒂尔少校1958年首创仿生学。仿生学研究如何制造具有生物特征的人工系统。 模仿是仿生学的基础。枫树的果实借其翅状轮廓线外形旋转下落、飘飞得很远，受此启发， 便出现了陀螺飞翼式玩具，这是目前螺旋桨的雏型。现代飞行器的仿生原型来自天空中的 飞鸟。?

1?鸟的翅膀功能：上升力、推动力。飞机双翼的功能：上升力，推动力需发动机装置。?

2、鸟的骨质中空结构使身体重量减轻，适宜在空中飞行。飞机为了减轻机身重量，采用铝 合金、ABS工程塑料等轻型材料。?

3、鸟的自由流畅的外型可减少阻力，飞机的流线型仿鸟在冲刺状的形态。?

仿生形态设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形 态，而创造的更优良、多样化的形态。因此，人类造物的信息源都是来自于大自然的仿生模 拟创造。尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求不同于过去，只注意功能的优异领 先，而是追求清新、淳朴，注重返朴归真和探讨个性的自律。提倡仿生设计，让设计回归自 然，赋予设计形态以生命的象征是人类对精神需求所达到的共识。?

一、仿生形态是设计创新的源泉?

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的 生命所呈现的 真理之中。”这话道出了自然界蕴含着无尽设计宝藏的天机。仿生形态创造与设计的条件 是，具有正确的认识事物、把握本质规律的方式、方法，锤炼自我创新思维能力。二是具有 扎实的生活基础，从自然界、人类社会的原生状况中寻找设计的灵感，包括仿生设计思维的 训练。人们的传统思维往往局限于现有的方法、体系，思维的触角伸展不开，触及不到事物 的本源上去。“万有引力定律”的灵感不是诞生于实验室和定论的经典理论，而是牛顿在苹 果树下受到苹果下落这一事实的启发并同太阳系、地球运动联系起来，才诞生了这一发明。 ?

科学研究表明，人类不具备的许多感官特征而在生物界的众多动物身上存在。如水母能感受 到冰声波而准确地预知风暴；蝙蝠能感受到超声波；鹰眼能从三千米高空敏锐地发现地面运 动着的小动物；蛙眼能迅速判断目标的位置、运动方向和速度，并能选择最好的攻击姿势和 时间。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设 计可能性，也可能带给我们新的生存方式。从这个意义上讲，仿生形态的挖掘是我们创新设 计取之不尽的智慧源泉。?

二、仿生形态——设计难题的方程式?

现实中，许多优秀的技术成果需要转化为产品，设计师常常苦于拿着好的发明 成果找不到与 之相对应的优良造型去实现它，这往往成为一个难题。如果把需求当成是提出问题，那么仿 生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。例如：在超音速飞机飞行时，由于航速快， 会使机翼产生颤振而阻碍运动，甚至会引起机翼折断而机毁人亡。这一问题，曾经使设计师 绞尽脑汁，最后终于在机翼前缘安放一个加重装置才有效地解决了这一难题。后来人们从动 物学上了解到，小蜻蜒的翅膀前缘上方都有一块深色的角质加厚区——翅痣。翅痣是蜻蜒的 消颤振装置。蜻蜒快速飞行，就是靠翅痣调整翅膀的振动来实现的。?

大自然中万事万物的空间形态、结构、特征，都是生命本能地适应生长、进化环境的结果， 在仿生形态的学习、研究中，从以下几个方面探索仿生形态解决设计产品问题的方式。

第一，建立生物功能形态模型，研究仿生形态的功能作用，从生物原型上找到对应物理原理 ，通过对生物体的感知，形成对生物体的感性认识。从功能出发，研究生物的结构形态，在 感性认识的基础上，除去无关因素，建立一个生物的模型。对照原型进行定性分析，用模型 模拟生物结构原理。?

第二，从生物结构形态出发，研究仿生形态、比例、机能。用模型的手法，对生物体进行定 量分析，掌握生物机体的结构尺度，从具象的形态和结构中，探索其特殊功能和运动协调的 特点。?

第三，仿生形态直接模仿生物的局部优异机能。如模仿海豚皮制作的鱼雷外壳减少了前进阻 力，船舶采用鱼尾型推进器可在低速下取得较大推力。但是，在仿生形态的研究和应用中很 少模仿细节，而是通过对生命系统的构造和工作原理研究，总结出仿生形态的科学规律。?

三、仿生形态——生态设计新理念?

仿生形态中包含了非常鲜明的生态设计观念，因为“在几乎所有的设计中，大 自然都赋予了 人类最强有力的信息”(科克尼语)。仿生形态对探索现代生态设计无疑是一面新的旗帜。?

现代社会文明的主体是人与机器(产品形态)构成的。人类发明机器的目的是在强体力劳动的 压迫下，使机器代替人的体力而使人类解放出来，但是机器在多大程度上替代人类劳动， 智能工具的出现使人类个体竞争面临着同机器的绞杀。这些对于人类自身来说缺乏心理准备 。 人类在这种文明所导致的生态失调状况下开始反思并力求寻找新的出路。“建立人与自然、 机器的对话平台”，共生哲学观强烈地呼吁人与机器、生态自然与人造自然之间建立两种文 化的结构，重塑科技价值和人类地位。从机器工业化的人为形态符号的视觉充斥中脱离出来 ，转向从自然原生状态中开发设计形态，是当代生态设计的一种策略和新理念。?

第一，仿生形态的宜人性可使人与机器形态更加亲近。自然界的生物的进化，物种的繁衍， 是在不断变化的生存环境中合乎逻辑与规律地进行着调整和适应。这都是因为生物机体的构 造具备了生长和变异的条件，它随时可以抛弃旧功能，适应新功能。人为形态与空间环境的 固定化功能模式抑制了人类同自然相似的自我调整与适应关系。因此，设计要根据人的自然 和社会属性，在生态设计的灵活性和适应性上最大限度地满足个性需求。?

第二，仿生形态蕴含着生命的活力。生物机体的形态结构为了维护自身、抵抗变异形成 了力量的扩张感，使人感受到一种自我意识的生命和活力，唤起我们珍爱生活的潜在意识，在这 种美好和谐的氛围下，人与自然融合、亲近，消除了对立的心理不安状，使人感到幸福与满足。?

第三，仿生形态的奇异性丰富了造型设计的形式语言。自然界中无数有机生命(动物与植物) 丰富的形体结构，多维的变化层面，巧妙色彩装饰和图形组织以及它们的生存方式、肢体语 言、声音特征、平衡能力为我们人工形态设计提供了新的设计方式和造美法则。生物体中体 现出的与人沟通的感性特征将会给我们新的启示。
地面机械工作时，土壤对其触土部件的粘附严重降低了生产效率，这成为一个亟待解决的重大技术难题。某些生物，特别是土壤动物，经过亿万年的进化优化，具有优良的减粘脱附功能，深入地研究土壤动物的生理规律和减粘脱附机理，将会解决地面机械工作部件的土壤粘附问题。本项目在此方面开展了深入系统地研究工作，取得了如下成果：
1、成功地进行了实验室养殖蜣螂30天以上，系统地揭示了其众多形态特征。
2、初步建立了土壤粘附模型结构，采用谱分析、分形分析、遗传算法等手段研究了土壤粘附问题。
3、设计开发的仿生非光滑犁壁，可减小耕作阻力15%-18%，节省燃料消耗5.6%-12.6%。以ZG25Mn2和ZG75Mn13钢为基体，制备了两种仿生梯度耐磨表面。研制的聚合物基复合材料，当外加增强材料在一定范围内（一般不超过10%），磨料磨损性能得到明显提高，而其脱附减阻性能比传统触土材料（钢）有较大改进。
4、设计开发的仿生非光滑曲面推土铲，对于含水量为28.3%的黑粘土，非光滑推土铲比光滑铲减阻13.1%-32.9%。
5、按照仿生电渗原理，研制的仿生电渗落煤斗有效地解决了煤的粘附阻塞问题。将仿生柔性脱附技术用于运煤矿车上，有效地防止了煤的粘附和冻粘。
随着生产的需要和科学技术的发展，从50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。
仿生学作为一门独立的学科，于1960年9月正式诞生。由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯尔把仿生学定义为“模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。
蜘蛛是自然界最常见的节肢动物之一，全世界有3.5万多种，有幽灵蛛、圆网蛛、草蛛、狼蛛、花蛛……从天上到地下，从陆地到海洋，到处都有它的踪迹。大多数蜘蛛都会吐丝织网，蜘网不仅巧妙，复杂，而且功能齐全，设备精细，陷阱密布，网上有通信线、报警线、行路线、餐室、婚室、育儿室等等，恰如一个神奇的迷宫。蜘蛛与人类关系密切，生活在田野的蜘蛛，是保卫庄稼的忠诚“卫土”：跳蛛在地面巡逻；圆蛛、营巢蛛在植物叶面上结网；水狼蛛封锁水面。无论天上飞的，地上跑的，水上游的，那些飞虱、叶蝉、螟虫、蚜虫、稻螟岭、稻苍虫、苍蝇、蚊子等害虫，都难逃众多蜘蛛布下的天罗地网。研究蜘蛛的各种行为的奥秘，对人类生活，仿生，对高科技都有重大的现实意义。

蜘蛛捕食的奥秘与宇宙航行

蜘蛛编织了一张网之后，就在哪里“守株待兔”式地捕捉昆虫，这种被动式的捕获效率还颇高，科学家对此大惑不解。后来、美国耶鲁大学生物学家偶然发现了其中的奥秘。

他们在研究某些品种的蜘蛛进化时发现、蜘蛛网对紫外光反射得特别强，这是否就是蜘蛛捕虫的奥秘呢？他们将同一只蜘蛛结的两张网放在不同的地方，一张网用紫外光照射，另一张网用不含紫外光的可见光照射。结果发现，有意放入室内的一群果蝇居然都飞向第一张网了。科学家们推断，果蝇是因为第一张网反射了足够多紫外光而误以为飞向蓝天的。

更为有趣的是，蜘蛛还会随自身的进化而调整蜘蛛网的光学特性。进化水平较低的品种习惯于在暗处结网，它们的网都具有强烈反射紫外光的特点。进化水平较高的蜘蛛、有些从暗处迁到较明亮处。这样，蜘蛛的捕猎就发生了问题，它如果仍然像过去一样使所结网反射大量紫外光，反而使昆虫觉得前面不是蓝天而有某些障碍物，昆虫识破了蜘蛛的用意就不会自投罗网了。然而，道高一尺，魔高一丈。对于高度进化的蜘蛛，居然能结出不会大量反射紫外光的网。这种网的绝大部分都不反射紫外光，加上在较明亮处本来就存在的紫外光，促使昆虫误以为这还是蓝天，妙还妙在随着昆虫品种的不同，蜘蛛还会在结新网时调整这些结点的多少与分布。

蜘蛛网的结构也有奥秘在其中，许多人都看到过昆虫在蜘蛛网上拼命挣扎的情况。经过这样的折腾蜘蛛网仍不破裂，说明它具有很高的强度和柔性，这些特性来自何方也是一个谜。

牛津大学的研究人员发现，蜘蛛网是由两股不同类型的丝线绞合在一起构成的。网丝中首先是一种干性的直线状线丝，它是网丝的主干线和支撑物，最多只能比原来拉长20％，再拉就会断裂。直线状丝线旁还绞合着另一种粘性的螺旋状丝线，它是专门用来捕捉昆虫的，可以伸长到原来的4倍，恢夏原状后也不会下垂。在高倍电子显微镜下，可以看到螺旋状丝线周围覆盖着一层胶质液体微滴，液体中80％是水，其余是脂肪、氨基酸和糖类的混合物。每个微滴中包含着一团丝线，当被捕获的昆虫挣扎着将丝线拉长时，微滴中的丝团便会展开以增加丝线的长度。当捕获物不再挣扎时，丝团便会自动复原。

英国牛津大学的物理学家唐纳德·埃德蒙兹和生物学家弗里茨·福拉尔特，以及伦敦欧文·阿勒普伙伴公司的结构工程师洛兰·林，最近用电子计算机模型进一步分析了蜘蛛网，并揭示了蜘蛛网结构上的奥秘。

埃德蒙兹说：“如果蜘蛛网不能耗散掉飞进网中昆虫的运动能量的话，昆虫要么将网撞破；要么像从蹦床上弹起来那样被弹出网外。我们采用这个计算机模型后出乎意料地发现，空气动力阻尼对捕获这些昆虫有极大的影响，整张网在空气中上下来回的飘荡中，运动能量被耗散掉了”。

为了证实他们通过计算机模型的发现，这个三人小组在实验室中又再现了模拟实验。他们用小口径炮将泡沫塑料弹丸发射到真的蜘蛛网上，并测量其效果。在这种实验规模上，他们发现蜘网四周的空气似有很强的“粘滞性”，跟水中拉绳子的感觉一样。

他们还测量了蜘蛛网所具独特几何外形的平衡压力和张力．发现力被分布在整个网表面。他们认为这种结网的科学道理对建造有许多绳索的帐篷状结构建筑物，将有指导启迪作用和实用价值。

前不久，英国利物浦大学的生物化学家，从生活在南美亚马逊河岸上的一种毒蜘蛛中提取出它们的毒汁。这种毒汁的奇特之处在于它不杀死其捕猎对象（昆虫、小鸟和啮齿动物），仅仅使中毒小动物长时间麻醉昏睡，使之长期有活的食物储备。

现在，利物浦大学的生化学家已根据这种南美毒蜘蛛的毒汁成分，重新合成了一种无害的催眠物质。他们打算将这种合成物用在宇航员身上，使宇航员能在未来漫长而枯躁的星际航行中处于休眠状态，借此延长寿命，以便完成目前仅靠人类寿命还远不能完成的超远距离的宇航使命。

蜘蛛丝与用途广泛的化学纤维

蜘蛛腹部后端有6个吐丝器，它们与体表的3对纺缍突相通，突上有1000多个细孔。织网时由此喷出主要由一种纤元蛋白质组成的粘液。它遇到空气后变为坚韧的细丝线。蜘蛛再用第四对足足跖部外侧的栉毛和末端的爪突，进行缫纺、梳整、拉扯、编绞，纺织成结网所用的丝。200克粘液拉成的丝其长度可绕地球赤道一周；1000多根细丝合成一股，其直径才有人头发丝的1／10。蛛丝对人类有很大的用处，古希腊人用蛛丝缠在伤口上以止血；我国医书上记载，用蛛丝治金疮出血、毒疮等。人们还用蛛丝制成结实柔软的手套、帽子、挂包、丝袜等，精美耐用。蛛丝细到只有千分之五毫米，被人类用来做精密光学仪器镜片上帮助瞄准的叉丝。仿生学家从蜘蛛纺锤突受到启发，制造出了现代人造纤维的喷丝头。

据化学分析，纤细又坚韧的蛛丝是由丝纤元蛋白质的氨基酸组成比所决定的。英国工艺学家根据这种丝的组成配比，正在用遗传工程技术生产蛛丝，以便人工制造出与天然蛛丝一样具高性能的防弹轻质蛛丝材料。

美国科研人员对自然界最纤细的化学纤维也兴趣百倍，他们对蜘蛛丝独有的延伸性、坚固性、丝的结构和功能，以及一只蜘蛛可分泌六种不同用途的丝（结网丝，悬吊自身的丝，用作育儿室的丝、婚室丝、通信报警丝、路线丝）进行了深入的研究。已从一种拉丁美洲蜘蛛的体内，找到了可以造丝的基因。如果能把这种基因分离出来，并转入某些细菌，那末这些细菌将会比蜘蛛能更快更多地生产蛛丝。因为现在已经知道，蛛丝可用来制造类似玻璃纤维那样牢固而质轻的材料，作为飞机的保护层和驾驶员头盔。在医疗方面，它还能用于外科手术的缝合线，因为蛛丝不会引起免疫系统的反应，有利于伤口愈合。将来蛛丝会更多地走向实用化。而人类也会生产出大量的人造蛛丝为人类服务。

蜘蛛的感觉——“震动感受器”与“海底蜘蛛”

生物学家发现，蜘蛛视力极弱，几乎是瞎子，又没有嗅觉，它怎样知道昆虫落网，以迅猛之势扑向猎物呢？原来，蜘蛛大腿上有灵敏的“震动感受器”。生物学家透过电子显微镜发现，蜘蛛肢体角质层组织内有一种弹性感觉器官，每个器官上排列着不同的细微间隙，宽约1.5微米，长8～200微米，在器官周围包有一层薄膜，连接着感觉细胞的终端。这种间隙组织极为灵敏，对极轻微的刺激即可感知，并发生变形而牵动薄膜，迅速将信息传给感觉细胞，蜘蛛便会及时判明方向，捕食猎物。

在军事上，人类根据蜘蛛张网及感知“飞将军”入网的原理，模拟制造出监视水下敌情系统——“海底蜘蛛”。早在60年代，美国海军就在水下建立了十分严密的监视系统——“海底蜘蛛”。它能将水下各种声波变换为信号，发往中心站，并在电子计算机控制的设备上显示出来。美国在太平洋的“海底蜘蛛”规模很大，从阿拉斯加的顶端沿着美国西海岸2000多公里，向南一直延伸到加利福尼亚半岛。另外，在夏威夷群岛周围2000多公里处，也有一个环形“海底蜘蛛”。太平洋“海底蜘蛛”的工作范围可达100多万平方公里，航行在这个范围内的一切舰船的类型、吨位、航向和航速都可通过其灵敏的“震动感受器”传至中心站。

1968年2月的一天，原苏联的一艘导弹核潜艇离开海参威向太平洋驶去，突然，艇内发生强烈爆炸，结果这艘排水量为300吨的导弹潜艇连呼救信号都来不及发出便沉入4800米的海底。原苏联海军不断发出联系信号，又派出电子情报船四处寻找，但始终不知其下落。可是美国的“海底蜘蛛”一开始就跟踪了这艘潜艇，直到它爆炸，所以知道沉船的准确位置。

蜘蛛的液压腿与现代机器人

身高不到一厘米，大腿又无肌

连体鲨鱼装：运动员们要想在比赛中取得好成绩，装备自然很重要。运用了高科技的运动服装能让运动员们如虎添翼。悉尼奥运会时，仿生科技的连体鲨鱼装改变了整个世界泳坛的格局，几乎大半以上的金牌得主都是鲨鱼装的使用者。第一代鲨鱼装模仿了鲨鱼的皮肤，在泳衣上设计了一些粗糙的齿状突起，以有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4%。此外，还增加了两个附件，附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使运动员游起来更加轻松；附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。

让盲者见到光明：在植入了微小的仿生视网膜之后，3位失明患者不仅看到了明灭或者移动的光点，甚至还成功地用眼睛区别出杯子和盘子。这是在美国视觉和眼科学协会年会上公布的一项最新进展。研究人员介绍说，他们研制的仿生视网膜薄片面积仅为4乘5毫米，相当于人眼正常视网膜的约三分之一。它由硅酮和铂材料制成，上面有16个电极，植入后可附着在天然视网膜上，其工作原理是用电信号刺激患者还未完全丧失功能的视网膜细胞，将视觉信息通过视神经传递给大脑，从而部分恢复视力。仿生视网膜主要用于治疗色素性视网膜炎患者。但研究人员估计，这一技术经改进后将来也许还可以造福那些生来就看不见这个世界的盲人。

人工合成蛛丝：如果你曾经轻推过一个蜘蛛网，你就会感觉到在蛛网破裂前，它有一个拖拉伸展的过程。蛛丝正是通过这个伸展的过程吸收了许多能量，这让蛛丝成为世界上最有韧性的材料之一。多年来，人们一直幻想能用蛛丝制作衣服，现在这个幻想正在慢慢变成现实。蛛丝含有一种纤维蛋白，这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧。通过精细的平衡水的含量，蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。不久的将来，人工制造的蛛丝将可以用来制作衣服或者强度超高的绳索。

运动方向识别的神经元功能模拟装置
自动报靶机
平板型复眼透镜
侧抑制微光电视

http://www.ibp.ac.cn/c/sites/10045/12/introduction03.html

参考资料：来源：中科院香山科学会议
回答者：有个6 - 助理 二级 2-18 13:50

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仿生学是发展相当迅速的一门新兴科学，仿生学主要是利用自然界动物的特性和习性来研究其特性应用的一门科学。生活在海洋中的动物是科学家们研究仿生应用的重要动物之一。现在介绍几种海洋动物及其仿生应用。

金枪鱼 金枪鱼是海洋鱼类动物中运动速度最快的动物之一，金枪鱼捕食时会达到大约80公里的时速。在美国麻省理工大学，科学家们以金枪鱼为模型，制造了一条名叫"查理"的1．2米长的机器鱼，并在水箱中开始了测试。科学家们已经把这个发现推向技术方面的应用。

鱼的尾鳍既能作为推进动力又能导向，考虑到这个特点，在计算机上分析金枪鱼的外形，研究的成果已经为水面船只提供了鳍类推进方式。并且，机器鱼鳍的运动也经过改善，能在角落里自由游动。科学家们也研究了金枪鱼的皮肤，希望能获得更好的流线特性。

鲑鱼 鲑鱼能够在湍急的水流中生活。尽管它们的运动系统很像金枪鱼，但还是有差别。鲑鱼不但能够自如地控制自己，还能以闪电般的速度启动，从不动的状态立即达到14公里的时速。它们为什么能够做到这一点呢？除了尾巴摆动的频率以外，通常鱼越大越长就游得越快。科学家们发现，鲑鱼在加速时每秒能摆尾15次。因此，其仿生价值极高。

企鹅 企鹅在陆地上看起来很笨拙，但在水中却异常灵活。为寻找流线型的理想模式，科学家们把微型测量仪器装在企鹅背上，记录下它每天运动距离、深度和速度。为拍摄照片，科学家们还在南极装了一个特殊的水道。通过进一步的实验，发现企鹅的运动与鱼类不同，几乎只靠鳍来推进自己，这说明企鹅的身体已经进化成了大体积小阻力的优化典范。而且，它的身体在水中几乎不改变形状，这个事实使模型实验变得十分简单。

鲨鱼 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。
少林拳大量动作的动物仿生，说明少林拳继承了华夏祖先“熊经鸟伸”的导引仿生传统，继承 了华佗仿虎、鹿、熊、猿、鸟五种动物特长创造五禽戏的传统。少林拳中的自然仿生和生活 仿生动作也有力地体现了朴实的本土文化气息，透发出“物有自然”。
人工合成蛛丝

蜘蛛成为科学家关注的焦点是因为它们可以制造几种非常有用的东西，其中包括世界上最坚固的材料之一——蛛丝。“如果你曾经轻推过一个蜘蛛网，你就会感觉到在蛛网破裂前，它有一个拖拉伸展的过程”，麻省理工学院的化学工程学教授葆拉·哈蒙德说，“蛛丝正是通过这个伸展的过程吸收了许多能量，这让蛛丝成为世界上最有韧性的材料之一。”
多年来，人们一直幻想能用蛛丝制作衣服，现在这个幻想正在慢慢变成现实。研究人员首先要了解蜘蛛是如何造丝的，这也是人工合成蛛丝的关键。蛛丝含有一种纤维蛋白，这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧，以前科学家还不了解这个过程，因此至今无法造出和蛛丝同等强度的纤维。但美国塔夫兹大学的研究人员最近发现了蜘蛛和蚕生产这种纤维的秘密。令人惊奇的是，整个过程竟然由水含量来控制。通过精细的平衡水的含量，蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。卡普兰博士已经能够在实验室中模拟这一过程。不久的将来，人工制造的蛛丝将可以用来制作衣服或者强度超高的绳索。届时，人人都可以成为手握蛛丝的蜘蛛侠了。

蜘蛛毒液可成杀虫剂

科学家还希望借助蜘蛛制造一种理想的杀虫剂。一种可以杀死害虫，但对其他昆虫以及人和动物没有毒性的杀虫剂。澳大利亚的漏斗蛛分泌的毒液由100多种化合物组成，其中几种化合物已被发现只杀死特定的昆虫。美国康涅狄格大学的科学家格伦·金说：“从毒液中把这些化合物分离出来，然后再用特殊方法把这些化合物放到一种病毒上，这些病毒只对某些昆虫感兴趣，这样病毒就可以将化合物运送到害虫体内并杀死这些害虫”。如果科学家能够在实验室合成这些化合物，就可以制造出对环境完全无害的杀虫剂。

蛇毒制成去污剂

另一种来自于蛇的毒液将帮助科学家制造出更好的去污剂。美国加州惠特学院的日裔化学家德温·饭本和他的学生从佛罗里达水腹蛇毒液中提取出一种酶，这种酶可以去除衣服上的血迹。人们已经用细菌制造的酶来生产去污剂，但用动物的酶来生产去污剂还是个新事物。这种源于蛇的酶可以打碎干燥的血迹和衣服纤维之间的粘连。这项研究还处于实验阶段，目前没听说哪家公司已经将蛇毒酶加到去污剂中。

贻贝为粘合剂提供新思路

其他动物也可为人类发明新产品提供很好的素材。例如，贻贝可以紧紧帖在岩石或水泥桩上，如果凑近看，就能看到从贻贝体内伸出几十条纤细的纤维丝。贻贝有一个称为“足”的器官，“足”可以将每一根纤维丝粘附在固定物体表面。普渡大学的研究人员发现贻贝粘附物质的形成需要铁，之前还从未在生物粘附剂中发现这种金属元素。大多数生物粘附剂都以蛋白质为基础，当铁加入后，这种明胶样的物质变得坚硬。看起来铁是必需的，因为其它可以被植物和动物细胞处理的金属并不能产生这种“坚硬”过程。这个发现可以帮助科学家生产出更好的粘合剂、不锈材料以及防污油漆。

山羊奶出产蜘蛛丝

当然，在实验室制造产品和在工厂大规模生产有很大不同。例如，在工厂生产蛇酶去污剂首先要得到毒液。但无论捕蛇、人工饲养或收集毒液都不是件容易的工作。所以科学家正在实验室培养可以生产蛇毒的细胞。蛛丝有可能走合成路线，因为不能象养蚕那样饲养蜘蛛，如果把两只蜘蛛放到一个笼子里，一只蜘蛛总会吃掉另一只。哈蒙德的研究小组从聚亚安酯开始合成纤维，如今他们已经能生产既柔软又抗拉的纤维。他们正在研究使用超微粒子使纤维强度更大的工艺。其他研究人员则应用了现代生物技术。
加拿大魁北克一家生物技术公司的研究人员将生产蛛丝的基因转移到新西兰小山羊的体内，这些山羊每升奶可以生产2-15克的蛛丝。这家公司在美国纽约州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰莱斯福尔都有养殖基地，公司希望每年可以生产5吨蛛丝。
仿生形态是机能形态的一种形式。仿生形态既有一般形态的组织结构和功能要素，同时又区 别于一般形态，它来自于设计师对生物形态、结构的模拟应用，是受大自然启示的结果。人 类生活在自然界，与周围的生物为“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，自古以来吸引 着人们去想象和模仿、制造简单的生产工具，营造居所。如春秋战国时期的鲁班，从锯齿形 的草叶中“悟”到了锯的原理，有些昆虫的脚形如一双双钳子，用以捕捉猎物，而在今日 生活和生产工具中也得到广泛的应用。?

仿生形态的模拟创造由来已久，但是作为一门独立的学科却是本世纪60年代后的事。美国空 军军官J·E斯蒂尔少校1958年首创仿生学。仿生学研究如何制造具有生物特征的人工系统。 模仿是仿生学的基础。枫树的果实借其翅状轮廓线外形旋转下落、飘飞得很远，受此启发， 便出现了陀螺飞翼式玩具，这是目前螺旋桨的雏型。现代飞行器的仿生原型来自天空中的 飞鸟。?

1?鸟的翅膀功能：上升力、推动力。飞机双翼的功能：上升力，推动力需发动机装置。?

2、鸟的骨质中空结构使身体重量减轻，适宜在空中飞行。飞机为了减轻机身重量，采用铝 合金、ABS工程塑料等轻型材料。?

3、鸟的自由流畅的外型可减少阻力，飞机的流线型仿鸟在冲刺状的形态。?

仿生形态设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形 态，而创造的更优良、多样化的形态。因此，人类造物的信息源都是来自于大自然的仿生模 拟创造。尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求不同于过去，只注意功能的优异领 先，而是追求清新、淳朴，注重返朴归真和探讨个性的自律。提倡仿生设计，让设计回归自 然，赋予设计形态以生命的象征是人类对精神需求所达到的共识。?

一、仿生形态是设计创新的源泉?

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的 生命所呈现的 真理之中。”这话道出了自然界蕴含着无尽设计宝藏的天机。仿生形态创造与设计的条件 是，具有正确的认识事物、把握本质规律的方式、方法，锤炼自我创新思维能力。二是具有 扎实的生活基础，从自然界、人类社会的原生状况中寻找设计的灵感，包括仿生设计思维的 训练。人们的传统思维往往局限于现有的方法、体系，思维的触角伸展不开，触及不到事物 的本源上去。“万有引力定律”的灵感不是诞生于实验室和定论的经典理论，而是牛顿在苹 果树下受到苹果下落这一事实的启发并同太阳系、地球运动联系起来，才诞生了这一发明。 ?

科学研究表明，人类不具备的许多感官特征而在生物界的众多动物身上存在。如水母能感受 到冰声波而准确地预知风暴；蝙蝠能感受到超声波；鹰眼能从三千米高空敏锐地发现地面运 动着的小动物；蛙眼能迅速判断目标的位置、运动方向和速度，并能选择最好的攻击姿势和 时间。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设 计可能性，也可能带给我们新的生存方式。从这个意义上讲，仿生形态的挖掘是我们创新设 计取之不尽的智慧源泉。?

二、仿生形态——设计难题的方程式?

现实中，许多优秀的技术成果需要转化为产品，设计师常常苦于拿着好的发明 成果找不到与 之相对应的优良造型去实现它，这往往成为一个难题。如果把需求当成是提出问题，那么仿 生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。例如：在超音速飞机飞行时，由于航速快， 会使机翼产生颤振而阻碍运动，甚至会引起机翼折断而机毁人亡。这一问题，曾经使设计师 绞尽脑汁，最后终于在机翼前缘安放一个加重装置才有效地解决了这一难题。后来人们从动 物学上了解到，小蜻蜒的翅膀前缘上方都有一块深色的角质加厚区——翅痣。翅痣是蜻蜒的 消颤振装置。蜻蜒快速飞行，就是靠翅痣调整翅膀的振动来实现的。?

大自然中万事万物的空间形态、结构、特征，都是生命本能地适应生长、进化环境的结果， 在仿生形态的学习、研究中，从以下几个方面探索仿生形态解决设计产品问题的方式。

第一，建立生物功能形态模型，研究仿生形态的功能作用，从生物原型上找到对应物理原理 ，通过对生物体的感知，形成对生物体的感性认识。从功能出发，研究生物的结构形态，在 感性认识的基础上，除去无关因素，建立一个生物的模型。对照原型进行定性分析，用模型 模拟生物结构原理。?

第二，从生物结构形态出发，研究仿生形态、比例、机能。用模型的手法，对生物体进行定 量分析，掌握生物机体的结构尺度，从具象的形态和结构中，探索其特殊功能和运动协调的 特点。?

第三，仿生形态直接模仿生物的局部优异机能。如模仿海豚皮制作的鱼雷外壳减少了前进阻 力，船舶采用鱼尾型推进器可在低速下取得较大推力。但是，在仿生形态的研究和应用中很 少模仿细节，而是通过对生命系统的构造和工作原理研究，总结出仿生形态的科学规律。?

三、仿生形态——生态设计新理念?

仿生形态中包含了非常鲜明的生态设计观念，因为“在几乎所有的设计中，大 自然都赋予了 人类最强有力的信息”(科克尼语)。仿生形态对探索现代生态设计无疑是一面新的旗帜。?

现代社会文明的主体是人与机器(产品形态)构成的。人类发明机器的目的是在强体力劳动的 压迫下，使机器代替人的体力而使人类解放出来，但是机器在多大程度上替代人类劳动， 智能工具的出现使人类个体竞争面临着同机器的绞杀。这些对于人类自身来说缺乏心理准备 。 人类在这种文明所导致的生态失调状况下开始反思并力求寻找新的出路。“建立人与自然、 机器的对话平台”，共生哲学观强烈地呼吁人与机器、生态自然与人造自然之间建立两种文 化的结构，重塑科技价值和人类地位。从机器工业化的人为形态符号的视觉充斥中脱离出来 ，转向从自然原生状态中开发设计形态，是当代生态设计的一种策略和新理念。?

第一，仿生形态的宜人性可使人与机器形态更加亲近。自然界的生物的进化，物种的繁衍， 是在不断变化的生存环境中合乎逻辑与规律地进行着调整和适应。这都是因为生物机体的构 造具备了生长和变异的条件，它随时可以抛弃旧功能，适应新功能。人为形态与空间环境的 固定化功能模式抑制了人类同自然相似的自我调整与适应关系。因此，设计要根据人的自然 和社会属性，在生态设计的灵活性和适应性上最大限度地满足个性需求。?

第二，仿生形态蕴含着生命的活力。生物机体的形态结构为了维护自身、抵抗变异形成 了力量的扩张感，使人感受到一种自我意识的生命和活力，唤起我们珍爱生活的潜在意识，在这 种美好和谐的氛围下，人与自然融合、亲近，消除了对立的心理不安状，使人感到幸福与满足。?

第三，仿生形态的奇异性丰富了造型设计的形式语言。自然界中无数有机生命(动物与植物) 丰富的形体结构，多维的变化层面，巧妙色彩装饰和图形组织以及它们的生存方式、肢体语 言、声音特征、平衡能力为我们人工形态设计提供了新的设计方式和造美法则。生物体中体 现出的与人沟通的感性特征将会给我们新的启示。
地面机械工作时，土壤对其触土部件的粘附严重降低了生产效率，这成为一个亟待解决的重大技术难题。某些生物，特别是土壤动物，经过亿万年的进化优化，具有优良的减粘脱附功能，深入地研究土壤动物的生理规律和减粘脱附机理，将会解决地面机械工作部件的土壤粘附问题。本项目在此方面开展了深入系统地研究工作，取得了如下成果：
1、成功地进行了实验室养殖蜣螂30天以上，系统地揭示了其众多形态特征。
2、初步建立了土壤粘附模型结构，采用谱分析、分形分析、遗传算法等手段研究了土壤粘附问题。
3、设计开发的仿生非光滑犁壁，可减小耕作阻力15%-18%，节省燃料消耗5.6%-12.6%。以ZG25Mn2和ZG75Mn13钢为基体，制备了两种仿生梯度耐磨表面。研制的聚合物基复合材料，当外加增强材料在一定范围内（一般不超过10%），磨料磨损性能得到明显提高，而其脱附减阻性能比传统触土材料（钢）有较大改进。
4、设计开发的仿生非光滑曲面推土铲，对于含水量为28.3%的黑粘土，非光滑推土铲比光滑铲减阻13.1%-32.9%。
5、按照仿生电渗原理，研制的仿生电渗落煤斗有效地解决了煤的粘附阻塞问题。将仿生柔性脱附技术用于运煤矿车上，有效地防止了煤的粘附和冻粘。
随着生产的需要和科学技术的发展，从50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。
仿生学作为一门独立的学科，于1960年9月正式诞生。由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯尔把仿生学定义为“模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。
蜘蛛是自然界最常见的节肢动物之一，全世界有3.5万多种，有幽灵蛛、圆网蛛、草蛛、狼蛛、花蛛……从天上到地下，从陆地到海洋，到处都有它的踪迹。大多数蜘蛛都会吐丝织网，蜘网不仅巧妙，复杂，而且功能齐全，设备精细，陷阱密布，网上有通信线、报警线、行路线、餐室、婚室、育儿室等等，恰如一个神奇的迷宫。蜘蛛与人类关系密切，生活在田野的蜘蛛，是保卫庄稼的忠诚“卫土”：跳蛛在地面巡逻；圆蛛、营巢蛛在植物叶面上结网；水狼蛛封锁水面。无论天上飞的，地上跑的，水上游的，那些飞虱、叶蝉、螟虫、蚜虫、稻螟岭、稻苍虫、苍蝇、蚊子等害虫，都难逃众多蜘蛛布下的天罗地网。研究蜘蛛的各种行为的奥秘，对人类生活，仿生，对高科技都有重大的现实意义。

蜘蛛捕食的奥秘与宇宙航行

蜘蛛编织了一张网之后，就在哪里“守株待兔”式地捕捉昆虫，这种被动式的捕获效率还颇高，科学家对此大惑不解。后来、美国耶鲁大学生物学家偶然发现了其中的奥秘。

他们在研究某些品种的蜘蛛进化时发现、蜘蛛网对紫外光反射得特别强，这是否就是蜘蛛捕虫的奥秘呢？他们将同一只蜘蛛结的两张网放在不同的地方，一张网用紫外光照射，另一张网用不含紫外光的可见光照射。结果发现，有意放入室内的一群果蝇居然都飞向第一张网了。科学家们推断，果蝇是因为第一张网反射了足够多紫外光而误以为飞向蓝天的。

更为有趣的是，蜘蛛还会随自身的进化而调整蜘蛛网的光学特性。进化水平较低的品种习惯于在暗处结网，它们的网都具有强烈反射紫外光的特点。进化水平较高的蜘蛛、有些从暗处迁到较明亮处。这样，蜘蛛的捕猎就发生了问题，它如果仍然像过去一样使所结网反射大量紫外光，反而使昆虫觉得前面不是蓝天而有某些障碍物，昆虫识破了蜘蛛的用意就不会自投罗网了。然而，道高一尺，魔高一丈。对于高度进化的蜘蛛，居然能结出不会大量反射紫外光的网。这种网的绝大部分都不反射紫外光，加上在较明亮处本来就存在的紫外光，促使昆虫误以为这还是蓝天，妙还妙在随着昆虫品种的不同，蜘蛛还会在结新网时调整这些结点的多少与分布。

蜘蛛网的结构也有奥秘在其中，许多人都看到过昆虫在蜘蛛网上拼命挣扎的情况。经过这样的折腾蜘蛛网仍不破裂，说明它具有很高的强度和柔性，这些特性来自何方也是一个谜。

牛津大学的研究人员发现，蜘蛛网是由两股不同类型的丝线绞合在一起构成的。网丝中首先是一种干性的直线状线丝，它是网丝的主干线和支撑物，最多只能比原来拉长20％，再拉就会断裂。直线状丝线旁还绞合着另一种粘性的螺旋状丝线，它是专门用来捕捉昆虫的，可以伸长到原来的4倍，恢夏原状后也不会下垂。在高倍电子显微镜下，可以看到螺旋状丝线周围覆盖着一层胶质液体微滴，液体中80％是水，其余是脂肪、氨基酸和糖类的混合物。每个微滴中包含着一团丝线，当被捕获的昆虫挣扎着将丝线拉长时，微滴中的丝团便会展开以增加丝线的长度。当捕获物不再挣扎时，丝团便会自动复原。

英国牛津大学的物理学家唐纳德·埃德蒙兹和生物学家弗里茨·福拉尔特，以及伦敦欧文·阿勒普伙伴公司的结构工程师洛兰·林，最近用电子计算机模型进一步分析了蜘蛛网，并揭示了蜘蛛网结构上的奥秘。

埃德蒙兹说：“如果蜘蛛网不能耗散掉飞进网中昆虫的运动能量的话，昆虫要么将网撞破；要么像从蹦床上弹起来那样被弹出网外。我们采用这个计算机模型后出乎意料地发现，空气动力阻尼对捕获这些昆虫有极大的影响，整张网在空气中上下来回的飘荡中，运动能量被耗散掉了”。

为了证实他们通过计算机模型的发现，这个三人小组在实验室中又再现了模拟实验。他们用小口径炮将泡沫塑料弹丸发射到真的蜘蛛网上，并测量其效果。在这种实验规模上，他们发现蜘网四周的空气似有很强的“粘滞性”，跟水中拉绳子的感觉一样。

他们还测量了蜘蛛网所具独特几何外形的平衡压力和张力．发现力被分布在整个网表面。他们认为这种结网的科学道理对建造有许多绳索的帐篷状结构建筑物，将有指导启迪作用和实用价值。

前不久，英国利物浦大学的生物化学家，从生活在南美亚马逊河岸上的一种毒蜘蛛中提取出它们的毒汁。这种毒汁的奇特之处在于它不杀死其捕猎对象（昆虫、小鸟和啮齿动物），仅仅使中毒小动物长时间麻醉昏睡，使之长期有活的食物储备。

现在，利物浦大学的生化学家已根据这种南美毒蜘蛛的毒汁成分，重新合成了一种无害的催眠物质。他们打算将这种合成物用在宇航员身上，使宇航员能在未来漫长而枯躁的星际航行中处于休眠状态，借此延长寿命，以便完成目前仅靠人类寿命还远不能完成的超远距离的宇航使命。

蜘蛛丝与用途广泛的化学纤维

蜘蛛腹部后端有6个吐丝器，它们与体表的3对纺缍突相通，突上有1000多个细孔。织网时由此喷出主要由一种纤元蛋白质组成的粘液。它遇到空气后变为坚韧的细丝线。蜘蛛再用第四对足足跖部外侧的栉毛和末端的爪突，进行缫纺、梳整、拉扯、编绞，纺织成结网所用的丝。200克粘液拉成的丝其长度可绕地球赤道一周；1000多根细丝合成一股，其直径才有人头发丝的1／10。蛛丝对人类有很大的用处，古希腊人用蛛丝缠在伤口上以止血；我国医书上记载，用蛛丝治金疮出血、毒疮等。人们还用蛛丝制成结实柔软的手套、帽子、挂包、丝袜等，精美耐用。蛛丝细到只有千分之五毫米，被人类用来做精密光学仪器镜片上帮助瞄准的叉丝。仿生学家从蜘蛛纺锤突受到启发，制造出了现代人造纤维的喷丝头。

据化学分析，纤细又坚韧的蛛丝是由丝纤元蛋白质的氨基酸组成比所决定的。英国工艺学家根据这种丝的组成配比，正在用遗传工程技术生产蛛丝，以便人工制造出与天然蛛丝一样具高性能的防弹轻质蛛丝材料。

美国科研人员对自然界最纤细的化学纤维也兴趣百倍，他们对蜘蛛丝独有的延伸性、坚固性、丝的结构和功能，以及一只蜘蛛可分泌六种不同用途的丝（结网丝，悬吊自身的丝，用作育儿室的丝、婚室丝、通信报警丝、路

人们根据野猪的鼻子发明了防毒面具