本報(bào)特約撰稿人：杜仲陽(yáng)

在當(dāng)前生物工程研究中占有軍事技術(shù)方面的重要地位。

其目的是通過(guò)生物模擬來(lái)改進(jìn)艦艇、飛機(jī)和戰(zhàn)車的設(shè)計(jì)，雷達(dá)、聲納等探測(cè)裝置和導(dǎo)航、計(jì)算等系統(tǒng)的改善或創(chuàng)新。

雷達(dá)和聲納聯(lián)系大

生物的感受器不僅有高度的靈敏性、抗干擾性和可靠性，而且它小巧玲瓏，耗能也少。

例如，一種叫小褐蝠的蝙蝠，能用自己的超聲“雷達(dá)”發(fā)現(xiàn)O．18毫米粗的鐵絲，但它的探測(cè)器官只有0．05克重，發(fā)射功率僅百萬(wàn)分之一瓦!蝙蝠能非常準(zhǔn)確地把食物——昆蟲(chóng)和障礙區(qū)分開(kāi)，還能同時(shí)探測(cè)幾個(gè)目標(biāo)的形貌和位置。即使噪聲比自己發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)兩千倍，蝙蝠也能檢測(cè)到自身“雷達(dá)”的反射信號(hào)。這種抗干擾能力是現(xiàn)代雷達(dá)所不及的。特別是熱帶水域的食魚(yú)蝠，用超聲“雷達(dá)”能探測(cè)到水面下的魚(yú)類。要知道，此時(shí)它在空中接收到的魚(yú)體反射信號(hào)強(qiáng)度僅為原來(lái)信號(hào)的一百五十萬(wàn)分之一。因而，蝙蝠便引起了研制雷達(dá)和發(fā)現(xiàn)潛水艇的儀器的軍事技術(shù)人員的注意。看來(lái)，有希望模仿蝙蝠耳制造出更靈敏的雷達(dá)和雷達(dá)抗干擾裝置。

海豚是一種海洋哺乳動(dòng)物，它也能用超聲波發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。假如我們把幾只海豚放在交混回響(由于水面和池底的反射的發(fā)聲)的混水池中，再放幾條魚(yú)在水里，就會(huì)看到：雖然池水混濁不堪，能見(jiàn)度很差，但海豚們卻紛紛向魚(yú)撲去。每只海豚都能排除交混回響聲音的干擾，借助自己的“聲納”迅速而準(zhǔn)確地探測(cè)到許多物體的位置以及復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)圖景。

實(shí)驗(yàn)表明，海豚不僅能區(qū)別魚(yú)的大小和性質(zhì)，還能分辨形狀不同(球狀和錐狀等)的物體，甚至能辨別出同樣形狀和大小，但材料不同的物體。即使用橡皮吸盤蒙住海豚的雙眼，它們的分辨能力也絲毫不受影響。原來(lái)，海豚的“聲納”系統(tǒng)有類似眼的作用，所以被稱為“聲眼”。海豚的這種“眼”能“看”到三公里遠(yuǎn)處的魚(yú)，比現(xiàn)代超聲探魚(yú)儀的探測(cè)距離還遠(yuǎn)。因此，對(duì)海豚的研究受到海軍部門的重視。

識(shí)別和跟蹤具有連貫性

海豚的眼睛也是很奇特的，在水里和在空氣中寬有相同的視敏度(視覺(jué)的敏銳程度)。它在水里就能發(fā)現(xiàn)水面上空四五米高處的小物體，并能像優(yōu)秀的跳高運(yùn)動(dòng)員一樣，準(zhǔn)確地選擇起跳點(diǎn)，衡量跳力，一舉躍出水面攫取之。

熱帶水域的射水魚(yú)也有類似的本領(lǐng)：在水里發(fā)現(xiàn)空中目標(biāo)后，精確確定身體的位置和姿勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)光線折射畸變的復(fù)雜校正，從嘴里噴射出一串水滴，將四五米遠(yuǎn)的幾毫米大小的飛蟲(chóng)一下子擊落于水面吞食之。如果你吸著香煙站在這種魚(yú)缸旁，香煙往往被它擊滅。研究和模擬這些動(dòng)物眼睛的特點(diǎn)，有助于改善潛水員和艦艇上用的一些儀器裝備。

人眼是世界上最完善的“儀器”，它在大腦的支配下具有良好的圖像識(shí)別和跟蹤能力。根據(jù)人的視覺(jué)研究，制造了一種“人造眼”，它可以接收影像，進(jìn)行測(cè)量和傳遞信息。這種裝置可以用于宇宙航行。另一種像人眼的傳感器，不需要掃描，能連續(xù)搜索和跟蹤多個(gè)目標(biāo)。毫無(wú)疑問(wèn)，它將被用來(lái)探測(cè)和跟蹤導(dǎo)彈。人們還在研究人的空間視覺(jué)，以研制一種景深自動(dòng)測(cè)量?jī)x，用來(lái)分析航空照片，或自動(dòng)“繪制”立體地形圖。

動(dòng)物感覺(jué)器官的研究和模擬，是仿生學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。這是改善機(jī)器輸入裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中高靈敏度的傳送器，或研制嶄新原理的導(dǎo)航、跟蹤和探測(cè)系統(tǒng)的迫切需要。在這方面現(xiàn)已獲得一些新的成果。例如，根據(jù)青蛙迅速辨認(rèn)活動(dòng)目標(biāo)的原理制造的電子蛙眼，已被用來(lái)預(yù)防飛機(jī)碰撞和跟蹤人造地球衛(wèi)星。

同樣，可以迅速辨識(shí)導(dǎo)彈的系統(tǒng)，以縮短彈道計(jì)算的時(shí)間。也可以研制一種電子系統(tǒng)，使武器的火力集中于目標(biāo)。

鴿子的眼睛具有發(fā)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的性質(zhì)，根據(jù)這一啟示又可設(shè)計(jì)一種無(wú)線電定位系統(tǒng)，以發(fā)現(xiàn)向指定方向(如向空軍機(jī)場(chǎng))飛行的飛機(jī)。

鱟眼具有突出被觀察物體邊框的能力。模擬的電子鱟眼可使雷達(dá)的靈敏度得到提高，或使模糊的航空照片變得清晰起來(lái)。

甲蟲(chóng)的復(fù)眼是特別的“速度計(jì)”，根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在各個(gè)小眼中先后出現(xiàn)的時(shí)間，甲蟲(chóng)便知道了目標(biāo)的速度。據(jù)此制造的飛機(jī)地速計(jì)正在試用。這是在飛機(jī)前部安上兩個(gè)成一定角度的光電接收器，它們依次接收位于飛機(jī)航線上同一地面目標(biāo)的光信號(hào)，根據(jù)高度和時(shí)間差，便能計(jì)算出飛機(jī)對(duì)地面的速度。同樣也可用來(lái)測(cè)量導(dǎo)彈進(jìn)攻目標(biāo)的速度。

動(dòng)物界有不少杰出的“導(dǎo)航能手”，如鳥(niǎo)、魚(yú)、鯨和海龜?shù)?，它們?cè)诳罩酗w行或海上航行幾千公里，乃至萬(wàn)余公里也不迷航，這對(duì)我們研制導(dǎo)航儀又會(huì)提供不少寶貴的啟示。作為仿生學(xué)第一批成果，模仿蚊、蠅等楫翅的振動(dòng)陀螺儀已用于超音速飛機(jī)和導(dǎo)彈。這種導(dǎo)航儀沒(méi)有普通陀螺儀的高速轉(zhuǎn)子，因而幾乎沒(méi)有摩擦，顯得靈敏而穩(wěn)定。模仿蜜蜂復(fù)眼的偏光羅盤也已用于航海和航空，即使陰天它也能根據(jù)太陽(yáng)定出方位。

此外，根據(jù)草原動(dòng)物聽(tīng)覺(jué)的特點(diǎn)，人們改進(jìn)了無(wú)線電定位器天線的安裝。雄蚊是根據(jù)雌蚊飛行時(shí)翅膀發(fā)出的聲音定向的。這種被動(dòng)式定向原理啟發(fā)人們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型定向儀，它體積小、造價(jià)低，可用來(lái)定位霧角(警告霧中船只的號(hào)角)信號(hào)，跟蹤魚(yú)群和潛水員的定向。

研究動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)也大有益處，如對(duì)夜蛾等動(dòng)物聽(tīng)覺(jué)的研究，就有助于我們提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

新奇的坦克

近來(lái)，坦克設(shè)計(jì)師們提出了一種新奇的設(shè)計(jì)：以雙殼貝殼作樣板，設(shè)計(jì)出來(lái)的坦克炮塔具有很好的流線型。坦克車內(nèi)的武器裝備是按軟體動(dòng)物的消化器官排列的，因此達(dá)到了很緊密的程度。像軟體動(dòng)物吃食物那樣，彈藥從彈藥盒進(jìn)入炮塔，然后沿著類似食道的送彈槽，彈藥被送到炮的后身(尾部)。尾部類似軟體動(dòng)物的胃，周圍的藥室(收集和排出射擊時(shí)形成的火藥氣)類似消化腺。在像貝殼的頂蓋下，有兩個(gè)供坦克乘員半躺的座椅。于是在解決現(xiàn)代坦克制造中很重要的問(wèn)題，即減小坦克的高度方面，便取得了顯著的效果。

為了提高坦克的通行能力，有人模仿某些蟲(chóng)子一屈一伸的運(yùn)動(dòng)方式，提出了一種輕型坦克行走部分的設(shè)計(jì)：坦克的底盤上有兩對(duì)大滾子，其中每個(gè)都有自己的燃料箱和動(dòng)力系統(tǒng)。滾子成對(duì)地排列在兩個(gè)大梁末端，大梁用鉸鏈固定在車身上。發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種工作狀態(tài)：在第一種狀態(tài)時(shí)，滾子完成輪子的功能。由于它們的直徑大，表面寬，就能越過(guò)大的障礙。在第二種狀態(tài)時(shí)，坦克駕駛員將前滾子制動(dòng)，開(kāi)動(dòng)后滾子大梁折疊；后滾子前進(jìn)，然后制動(dòng)后滾子，大梁伸展，前滾子運(yùn)動(dòng)，坦克前進(jìn)。這樣的推進(jìn)系統(tǒng)可用于戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)：把坦克隱蔽在掩體后，升起炮塔，射擊后再隱蔽起來(lái)。

艦艇和飛機(jī)

在造船、航海和海軍活動(dòng)方面，游弋于遼闊海洋中的許多“游泳能手”，可以給我們提供一些啟示。例如，海豚的游泳速度很高，每小時(shí)可達(dá)70公里。它不僅有很好的流線型體型，而且其皮膚還有特殊的構(gòu)造。

有一種核潛艇的原型艇，其比例和輪廓都類似海豚的體型，因而獲得了較快的速度。試驗(yàn)表明，如果用橡膠和硅樹(shù)脂液體制成一種“人造海豚皮”，將其包裹在小型船只和魚(yú)雷的外殼上，在水中的阻力便大大降低。

除海豚外，其他鯨類和某些魚(yú)類的游泳速度也很快。現(xiàn)已制造出水下部分類似鯨體型的一種輪船，它受到的水阻力可減小20％左右。還有人仿照魚(yú)身上的粘液制造了幾種液體，倘若涂在船上阻力就隨之下降。

近來(lái)又出現(xiàn)了一些船用發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，它們?cè)谝欢ǔ潭壬夏７铝唆~(yú)類的運(yùn)動(dòng)方式。

此外，魚(yú)在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種特殊的彎曲波，借以提高游泳速度，一旦揭示了其中的奧秘，人們就可據(jù)此仿造出高速艦艇。

對(duì)游泳生物和飛行生物的研究，也將有助于現(xiàn)代航空的發(fā)展。鳥(niǎo)類的翅膀很善于飛行，翅膀上的小翼，前緣和上側(cè)的輔助結(jié)構(gòu)，以及翅端裂開(kāi)的“縫翼”，使鳥(niǎo)類飛行時(shí)升力大，阻力小，而且能防側(cè)滑。這對(duì)工程有一定參考價(jià)值。人們已模仿海鳥(niǎo)的翼尖形狀，造出具有錐形彎曲機(jī)翼的飛機(jī)，它的穩(wěn)定性很大。

蝙蝠(哺乳類動(dòng)物)雖然不是鳥(niǎo)類，但在空中也能飛行自如。根據(jù)蝙蝠翅膀制造的“蝙蝠翼”是一種著陸設(shè)備，它可以和降落傘一樣折疊起來(lái)備用；但用起來(lái)比現(xiàn)在的降落傘更機(jī)動(dòng)，可以選擇著陸地點(diǎn)。

人們不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身按長(zhǎng)度和粗細(xì)比例并不是最好的流線型，如果把機(jī)身加粗，改成類似海豚或鮪魚(yú)形狀，于是飛機(jī)一下子變成了很好的流線型，隨著底艙的變大，又可在其間安裝升力發(fā)動(dòng)機(jī)，以發(fā)展垂直起落飛機(jī)，真是一舉兩得!

可靠性和微小型化

對(duì)軍事技術(shù)來(lái)說(shuō)，可靠性是個(gè)大問(wèn)題。所謂可靠性，是指在一定時(shí)期內(nèi)和在一定使用條件下，技術(shù)系統(tǒng)以應(yīng)有的精確性、效率等完成指定工作的能力。假定防衛(wèi)某個(gè)地區(qū)需要可靠性0．99999(即出現(xiàn)故障的可能性為0．O0001)的防空導(dǎo)彈1000枚，如果導(dǎo)彈的可靠性只有0．999(即出現(xiàn)故障的可能性為0．001)，防衛(wèi)該地區(qū)就需要原來(lái)數(shù)量的100倍——10萬(wàn)枚!

一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)的可靠性并不是很高，所以在電子計(jì)算機(jī)駕駛的機(jī)車?yán)?，還得有人“以防萬(wàn)一”。但生物在億萬(wàn)年的進(jìn)化過(guò)程中，獲得了高度的可靠性。人腦每小時(shí)有1000個(gè)神經(jīng)元衰亡，活100歲就損失10億個(gè)神經(jīng)元，但只占人腦神經(jīng)元總數(shù)的十分之一，故仍能正常思維。這不僅因?yàn)槿四X神經(jīng)元有一定儲(chǔ)備量，而且還因?yàn)樗鼈冇刑厥獾穆?lián)接和功能方式。仿照生物的這一原理，已制造出類似神經(jīng)元聯(lián)接的儲(chǔ)備線路。為了保證與普通線路同樣的可靠性，只要求原來(lái)二百分之一的元件，而且每個(gè)元件的可靠性可低至原來(lái)的十分之一。這樣的試驗(yàn)線路在百分之五十元件發(fā)生故障時(shí)仍能可靠地工作。

飛機(jī)、人造衛(wèi)星、潛水艇的設(shè)計(jì)人員還常碰到這樣的情況，即所載儀器重量每增加1公斤，就必須多載幾十甚至幾百公斤燃料。因此，要提高可靠性，還要縮小元件的尺寸，減輕重量，增大元件本身的可靠性。這就需要向微小型化發(fā)展。人腦是微小型化最好的模型：它有100～150億神經(jīng)元，但只有1．5立方分米大，耗能1O瓦。現(xiàn)已制造出許多種神經(jīng)元電子模型和物理化學(xué)模型。由一定數(shù)量的人造神經(jīng)元構(gòu)成的自動(dòng)駕駛儀模型，可靠性就比一般自動(dòng)駕駛儀提高1倍。