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(第453期)【绵阳校区】仿生技术发展
作者:  发布时间:2018-06-15   发布机构: 阅读次数:[]  

 

6月11日晚,我校邀请到国防科技大学文理学院生物与化学系教授、博士生导师吴文健教授,为我校学子带来主题为“仿生技术发展”的讲座。

吴教授主要从事仿生学、生物技术、化学及材料辅助方面的研究,兼任中国化学会应用化学学科委员会副主任委员、国民核生化灾害防护国家重点实验室客座研究员和学术带头人、军事生物效应军队重点实验室学术委员会委员等职务,是国际仿生学会首批Feloow Membership之一。

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图1讲座现场

仿生学是一门模仿生物的特殊本领,利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。现在,越来越多的科学家们正带着定向、导航、探测、能量转换、信息处理、生物合成、结构力学和流体力学等众多的科学难题到生物界中去寻找启示和答案。

仿生学在人类历史发展过程中所做出的贡献可谓源远流长。吴教授从生物传感与放生探测、仿生伪装隐身、生物材料与仿生结构三个大方面为同学们讲解了仿生学在军事、医学、生物、电子等高端技术领域的应用。

“飞鸽传书”是自古以来就有的记录,但其实,鸽子并不能找到一个从未去过的地方,它们只擅长从其它地方找到回家的路。而因此,我们可以从鸽子身上得到启示:自然界一些生物具有磁感应和地磁导航能力;生物可在分子水平上快速、灵敏地感应微弱磁场的多种参量变化,且具备完全自主的导航能力。所以我们可以模仿鸽子,合理运用地磁导航。而地磁导航是一种无源自主数据基准导航技术,可以提供全天时、全天候、全地域的导航定位。但是传统地磁匹配导航技术面临着两大困难,必需规划区域或航迹范围的精确地磁图,必需有复杂的算法处理载体干扰及高动态适应性,要克服这些困难,就必须在鸽子身上找钥匙。吴教授的团队通过长时间对鸽子的细致研究和实验,终于发现其体内有一种蛋白对磁场有灵敏和特异响应,由此迈出了地磁导航的关键一步。

吴教授在讲座中运用了许多举例论证,通俗简明地解释高深的学术知识。比如通过2008年“5·12汶川大地震”,利用生命探测仪和救援犬救出了数万名被困人员,人虽然能闻到4000多种气体,但狗的嗅觉比人灵敏100万倍,能分辨大约200万种不同的气味,人们通过仿生技术,利用狗的嗅觉于1994年,英国Garden首次提出“电子鼻”概念,这种以有机或无机为气体敏感材料的人工探测装置得到迅速发展。美国DARPAI正研究能够分辨多种化合物的人造嗅觉探测器一一“真鼻子”技术,可用于排除爆炸物、有毒化学品等。为了研究蚊虫识别人体气味的分子机制,为了了解IR在蚊虫是否具有气体识别的作用,教授说:他的学生用自己的手喂蚊子,终于得到最正确、最好的数据,知道了蚊子的触角原来是第六段和第七段最重要,而这两段触角的组成自然成了教授团队的重点攻克点,更好的解析了IR。

吴教授又介绍了海豚声纳的仿生技术,比较了人工声纳和生物声纳的区别,特别是人工声纳在穿透和识别物体材质方面的局限性。1959年美国用海豚研究,启动海军海洋哺乳动物计划NMMP (U.S. Navy Marine Mammal Program),构建出世界上第一个仿生声纳系统,它可以模仿海豚的声纳机制及其混合搜索策略,在近岸环境噪声背景中展示出特殊功效。

先前研究的物理调控人工分子、化学反应转变颜色或表面微结构变幻色彩等方式,已遇到难以克服的技术瓶颈和性能局限。传统方法的主要问题是宝库色彩单一、构图粗糙、色泽欠真、缺乏自主感知与自适应能力,新方法则实现真正的变色而非变色伪装。为了更快做出不同环境所需的复杂颜色匹配和快速变化构图的变色材料。吴教授团队买了一只变色龙,不断的进行观察研究,根据教授的研究,提出著名的“三合一”仿生模型,即三原色加色彩饱和度加亮度。

最后,教授为同学们讲了生物材料与仿生结构的内容。教授谈到了仿海豚的声纳计划,通过海豚给了我们启迪,让我们能更快做出仿海豚皮减震降噪材料。由此可见,生物们值得我们模仿借鉴的地方有很多,即使是同一种动物,我们也可以从不同的方面和角度入手,找到对我们有用的技能。在观看了海豚高速游泳技巧的精彩短视频后,教授告诉同学们,他的团队虽然拥有着理论知识,但是却因为生产条件不允许,所以没有能做出理想中的实物,并能将其广泛的运用起来。海豚减阻效应的生物学研究可以促进发展,这样的成果可谓是意义重大。

仿生学可以说在人类社会科学与发展的历史过程中,创造了一个又一个奇迹,每一个奇迹的创造都将带来人类历史上的革命。它的兴起标志着人们对生物科学的研究进入一个崭新的阶段,也意味着人类文明程度显著提高,在不断呼吁科技跨领域整合的今天,仿生科技甚至被认为是主导未来的科技革命,同时与克隆技术、基因治疗、DNA检测技术等高科技合称为未来人类开创更美好新世界的八大科技之一。

科学史研究之父萨顿所著的《科学史与新人文主义》中文版序言说,“科学对人类的功能决不只是能为人类带来物质上的利益,那只是它的副产品。科学最宝贵的价值不是这些,而是科学的精神,是一种崭新的思想意识,是人类精神文明中最宝贵的一部分……”吴教授团队对追求科学的严谨以及对于整个科学研究的工匠精神带给了同学们极大的震撼,也让我当代大学生了解到什么是放生技术,令同学们受益匪浅。

团委宣传部(绵阳):周攀

责编:彭镱嘉

2018年6月11日


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