在第一次世界大戰時期，出於軍事上的需要，為使艦艇在水下隱蔽航行而製造出潛水艇。當工程技術人員在設計原始的潛艇時，是先用石塊或鉛塊裝在潛艇上使它下沉，如果需要升至水面，就將攜帶的石塊或鉛塊扔掉，使艇身回到水面來。以後經過改進，在潛艇上採用浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量。以後又改成壓載水艙，在水艙的上部設放氣閥，下面設注水閥，當水艙灌滿海水時，艇身重量增加使可它潛入水中。需要緊急下潛時，還有速潛水艙，待艇身潛入水中後，再把速潛水艙內的海水排出。如果一部分壓載水艙充水，另一部分空著，潛水艇可處於半潛狀態。潛艇要起浮時，將壓縮空氣通入水艙排出海水，艇內海水重量減輕後潛艇就可以上浮。如此優越的機械裝置實現了潛艇的自由沉浮。但是後來發現魚類的沉浮系統比人們的發明要簡單得多，魚的沉浮系統僅僅是充氣的魚鰾。鰾內不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧氣進入鰾內或是重新吸收鰾內一部分氧氣來調節魚鰾中氣體含量，促使魚體自由沉浮。然而魚類如此巧妙的沉浮系統，對於潛艇設計師的啟發和幫助已經為時過遲了。 聲音是人們生活中不可缺少的要素。透過語言，人們交流思想和感情，優美的音樂使人們獲得藝術的享受，工程技術人員還把聲學系統應用在工業生產和軍事技術中，成為頗為重要的資訊之一。自從潛水艇問世以來，隨之而來的就是水面的艦船如何發現潛艇的位置以防偷襲；而潛艇沉入水中後，也須準確測定敵船方位和距離以利攻擊。因此，在第一次世界大戰期間，在海洋上，水面與水中敵對雙方的鬥爭採用了各種手段。海軍工程師們也利用聲學系統作為一個重要的偵察手段。首先採用的是水聽器，也稱噪聲測向儀，透過聽測敵艦航行中所發出的噪聲來發現敵艦。只要周圍水域中有敵艦在航行，機器與螺旋槳推進器便發出噪聲，透過水聽器就能聽到，能及時發現敵人。但那時的水聽器很不完善，一般只能收到本身艦隻的噪聲，要偵聽敵艦，必須減慢艦隻航行速度甚至完全停車才能分辨潛艇的噪音，這樣很不利於戰鬥行動。不久，法國科學家郎之萬（1872～1946）研究成功利用超聲波反射的性質來探測水下艦艇。用一個超聲波發生器，向水中發出超聲波後，如果遇到目標便反射回來，由接收器收到。根據接收回波的時間間隔和方位，便可測出目標的方位和距離，這就是所謂的聲納系統。人造聲納系統的發明及在偵察敵方潛水艇方面獲得的突出成果，曾使人們為之驚歎不已。豈不知遠在地球上出現人類之前，蝙蝠、海豚早已對“回聲定位”聲納系統應用自如了。 生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中，它們利用聲音尋食，逃避敵害和求偶繁殖。因此，聲音是生物賴以生存的一種重要資訊。義大利人斯帕蘭贊尼很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是堵塞蝙蝠的雙耳後，它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實，帕蘭贊尼提出了一個使人們難以接受的結論：蝙蝠能用耳朵“看東西”。第一次世界大戰結束後，1920年哈臺認為蝙蝠發出聲音訊號的頻率超出人耳的聽覺範圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超聲波回波定位的方法相同。遺憾的是，哈臺的提示並未引起人們的重視，而工程師們對於蝙蝠具有“回聲定位”的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器，才完完全全證實蝙蝠就是以發出超聲波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。 另一個事例是人們對於昆蟲行為為時過晚的研究。在利奧那多·達·芬奇研究鳥類飛行造出第一個飛行器400年之後，人們經過長期反覆的實踐，終於在1903年發明了飛機，使人類實現了飛上天空的夢想。由於不斷改進，30年後人們的飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，顯示了人類的智慧和才能。但是在繼續研製飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象。當飛機飛行時，機翼發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因而喪生。飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法。就在機翼前緣的遠端上安放一個加重灌置，這樣就把有害的振動消除了。可是，昆蟲早在三億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，飛行就變得盪來盪去。實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似。假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益於解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了。面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！ 20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學技術的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領處理著人們手頭上數以萬計的各種資訊，使人們從汪洋大海般的數字、資訊中解放出來，使用計算機和自動裝置可以使人們在繁雜的生產工序面前變得輕鬆省力，它們準確地調整、控制著生產程式，使產品規格精確。但是，自動控制裝置是按人們制定的固定程式進行工作的，這就使它的控制能力具有很大的侷限性。自動裝置對外界缺乏分析和進行靈活反應的能力，如果發生任何意外的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發生意外事故，這就是自動裝置本身所具有的嚴重缺點。要克服這種缺點，無非是使機器各部件之間，機器與環境之間能夠“通訊”，也就是使自動控制裝置具有適應內外環境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術中就要解決如何接受、轉換。利用和控制資訊的問題。因此，資訊的利用和控制就成為工業技術發展的一個主要矛盾。如何解決這個矛盾呢？生物界給人類提供了有益的啟示。 人類要從生物系統中獲得啟示，首先需要研究生物和技術裝置是否存在著共同的特性。1940年出現的調節理論，將生物與機器在一般意義上進行對比。到1944年，一些科學家已經明確了機器和生物體內的通訊、自動控制與統計力學等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎上，1947年，一個新的學科——控制論產生了。 控制論（Cybernetics)是從希臘文而來，原意是“掌舵人”。按照控制論的創始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是“關於在動物和機器中控制和通訊”的科學。雖然這個定義過於簡單，僅僅是維納關於控制論經典著作的副題，但它直截了當地把人們對生物和機器的認識聯絡在了一起。 控制論的基本觀點認為，動物（尤其是人）與機器（包括各種通訊、控制、計算的自動化裝置）之間有一定的共體，也就是在它們具備的控制系統內有某些共同的規律。根據控制論研究表明，各種控制系統的控制過程都包含有資訊的傳遞、變換與加工過程。控制系統工作的正常，取決於資訊運 行過程的正常。所謂控制系統是指由被控制的物件及各種控制元件、部件、線路有機地結合成有一定控制功能的整體。從資訊的觀點來看，控制系統就是一部資訊通道的網路或體系。機器與生物體內的控制系統有許多共同之處，於是人們對生物自動系統產生了極大的興趣，並且採用物理學的、數學的甚至是技術的模型對生物系統開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯絡生物學與工程技術的理論基礎。成為溝通生物系統與技術系統的橋樑。 生物體和機器之間確實有很明顯的相似之處，這些相似之處可以表現在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到複雜的器官系統（如神經系統）都存在著各種調節和自動控制的生理過程。我們可以把生物體看成是一種具有特殊能力的機器，和其它機器的不同就在於生物體還有適應外界環境和自我繁殖的能力。也可以把生物體比作一個自動化的工廠，它的各項功能都遵循著力學的定律；它的各種結構協調地進行工作；它們能對一定的訊號和刺激作出定量的反應，而且能像自動控制一樣，藉助於專門的反饋聯絡組織以自我控制的方式進行自我調節。例如我們身體內恆定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內複雜的自控制系統進行調節的結果。控制論的產生和發展，為生物系統與技術系統的連線架起了橋樑，使許多工程人員自覺地向生物系統去尋求新的設計思想和原理。於是出現了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學家在共同合作的工程技術領域中獲得成果，就主動學習生物科學知識。 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯絡起來了。 蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭汙穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有“鼻子”，它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分佈在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈衝，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈衝的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能，仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上，將引匯出來的神經電訊號經電子線路放大後，送給分析器；分析器一經發現氣味物質的訊號，便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙裡，用來檢測艙內氣體的成分。 這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光，其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼，有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。 在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且發出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。 科學家研究發現，螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把化學能轉變成光能的過程。 早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素，後來又分離出了熒光酶，接著，又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源，不會產生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 現在，人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。 電魚與伏特電池 自然界中有許多生物都能產生電，僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚，統稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。 電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究， 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈稜形，位於尾部脊椎兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體，位於面板與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由於電板很多，產生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，義大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發電器官，那麼，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。 水母的順風耳 “燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關係。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地遊向大海，就預示著風暴即將來臨。 水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋裡了。這種低等動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就遊向大海避難去了。 原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲波衝擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經感受器，於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。 仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重要意義。
在第一次世界大戰時期，出於軍事上的需要，為使艦艇在水下隱蔽航行而製造出潛水艇。當工程技術人員在設計原始的潛艇時，是先用石塊或鉛塊裝在潛艇上使它下沉，如果需要升至水面，就將攜帶的石塊或鉛塊扔掉，使艇身回到水面來。以後經過改進，在潛艇上採用浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量。以後又改成壓載水艙，在水艙的上部設放氣閥，下面設注水閥，當水艙灌滿海水時，艇身重量增加使可它潛入水中。需要緊急下潛時，還有速潛水艙，待艇身潛入水中後，再把速潛水艙內的海水排出。如果一部分壓載水艙充水，另一部分空著，潛水艇可處於半潛狀態。潛艇要起浮時，將壓縮空氣通入水艙排出海水，艇內海水重量減輕後潛艇就可以上浮。如此優越的機械裝置實現了潛艇的自由沉浮。但是後來發現魚類的沉浮系統比人們的發明要簡單得多，魚的沉浮系統僅僅是充氣的魚鰾。鰾內不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧氣進入鰾內或是重新吸收鰾內一部分氧氣來調節魚鰾中氣體含量，促使魚體自由沉浮。然而魚類如此巧妙的沉浮系統，對於潛艇設計師的啟發和幫助已經為時過遲了。 聲音是人們生活中不可缺少的要素。透過語言，人們交流思想和感情，優美的音樂使人們獲得藝術的享受，工程技術人員還把聲學系統應用在工業生產和軍事技術中，成為頗為重要的資訊之一。自從潛水艇問世以來，隨之而來的就是水面的艦船如何發現潛艇的位置以防偷襲；而潛艇沉入水中後，也須準確測定敵船方位和距離以利攻擊。因此，在第一次世界大戰期間，在海洋上，水面與水中敵對雙方的鬥爭採用了各種手段。海軍工程師們也利用聲學系統作為一個重要的偵察手段。首先採用的是水聽器，也稱噪聲測向儀，透過聽測敵艦航行中所發出的噪聲來發現敵艦。只要周圍水域中有敵艦在航行，機器與螺旋槳推進器便發出噪聲，透過水聽器就能聽到，能及時發現敵人。但那時的水聽器很不完善，一般只能收到本身艦隻的噪聲，要偵聽敵艦，必須減慢艦隻航行速度甚至完全停車才能分辨潛艇的噪音，這樣很不利於戰鬥行動。不久，法國科學家郎之萬（1872～1946）研究成功利用超聲波反射的性質來探測水下艦艇。用一個超聲波發生器，向水中發出超聲波後，如果遇到目標便反射回來，由接收器收到。根據接收回波的時間間隔和方位，便可測出目標的方位和距離，這就是所謂的聲納系統。人造聲納系統的發明及在偵察敵方潛水艇方面獲得的突出成果，曾使人們為之驚歎不已。豈不知遠在地球上出現人類之前，蝙蝠、海豚早已對“回聲定位”聲納系統應用自如了。 生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中，它們利用聲音尋食，逃避敵害和求偶繁殖。因此，聲音是生物賴以生存的一種重要資訊。義大利人斯帕蘭贊尼很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是堵塞蝙蝠的雙耳後，它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實，帕蘭贊尼提出了一個使人們難以接受的結論：蝙蝠能用耳朵“看東西”。第一次世界大戰結束後，1920年哈臺認為蝙蝠發出聲音訊號的頻率超出人耳的聽覺範圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超聲波回波定位的方法相同。遺憾的是，哈臺的提示並未引起人們的重視，而工程師們對於蝙蝠具有“回聲定位”的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器，才完完全全證實蝙蝠就是以發出超聲波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。 另一個事例是人們對於昆蟲行為為時過晚的研究。在利奧那多·達·芬奇研究鳥類飛行造出第一個飛行器400年之後，人們經過長期反覆的實踐，終於在1903年發明了飛機，使人類實現了飛上天空的夢想。由於不斷改進，30年後人們的飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，顯示了人類的智慧和才能。但是在繼續研製飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象。當飛機飛行時，機翼發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因而喪生。飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法。就在機翼前緣的遠端上安放一個加重灌置，這樣就把有害的振動消除了。可是，昆蟲早在三億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，飛行就變得盪來盪去。實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似。假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益於解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了。面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！ 20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學技術的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領處理著人們手頭上數以萬計的各種資訊，使人們從汪洋大海般的數字、資訊中解放出來，使用計算機和自動裝置可以使人們在繁雜的生產工序面前變得輕鬆省力，它們準確地調整、控制著生產程式，使產品規格精確。但是，自動控制裝置是按人們制定的固定程式進行工作的，這就使它的控制能力具有很大的侷限性。自動裝置對外界缺乏分析和進行靈活反應的能力，如果發生任何意外的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發生意外事故，這就是自動裝置本身所具有的嚴重缺點。要克服這種缺點，無非是使機器各部件之間，機器與環境之間能夠“通訊”，也就是使自動控制裝置具有適應內外環境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術中就要解決如何接受、轉換。利用和控制資訊的問題。因此，資訊的利用和控制就成為工業技術發展的一個主要矛盾。如何解決這個矛盾呢？生物界給人類提供了有益的啟示。 人類要從生物系統中獲得啟示，首先需要研究生物和技術裝置是否存在著共同的特性。1940年出現的調節理論，將生物與機器在一般意義上進行對比。到1944年，一些科學家已經明確了機器和生物體內的通訊、自動控制與統計力學等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎上，1947年，一個新的學科——控制論產生了。 控制論（Cybernetics)是從希臘文而來，原意是“掌舵人”。按照控制論的創始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是“關於在動物和機器中控制和通訊”的科學。雖然這個定義過於簡單，僅僅是維納關於控制論經典著作的副題，但它直截了當地把人們對生物和機器的認識聯絡在了一起。 控制論的基本觀點認為，動物（尤其是人）與機器（包括各種通訊、控制、計算的自動化裝置）之間有一定的共體，也就是在它們具備的控制系統內有某些共同的規律。根據控制論研究表明，各種控制系統的控制過程都包含有資訊的傳遞、變換與加工過程。控制系統工作的正常，取決於資訊運 行過程的正常。所謂控制系統是指由被控制的物件及各種控制元件、部件、線路有機地結合成有一定控制功能的整體。從資訊的觀點來看，控制系統就是一部資訊通道的網路或體系。機器與生物體內的控制系統有許多共同之處，於是人們對生物自動系統產生了極大的興趣，並且採用物理學的、數學的甚至是技術的模型對生物系統開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯絡生物學與工程技術的理論基礎。成為溝通生物系統與技術系統的橋樑。 生物體和機器之間確實有很明顯的相似之處，這些相似之處可以表現在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到複雜的器官系統（如神經系統）都存在著各種調節和自動控制的生理過程。我們可以把生物體看成是一種具有特殊能力的機器，和其它機器的不同就在於生物體還有適應外界環境和自我繁殖的能力。也可以把生物體比作一個自動化的工廠，它的各項功能都遵循著力學的定律；它的各種結構協調地進行工作；它們能對一定的訊號和刺激作出定量的反應，而且能像自動控制一樣，藉助於專門的反饋聯絡組織以自我控制的方式進行自我調節。例如我們身體內恆定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內複雜的自控制系統進行調節的結果。控制論的產生和發展，為生物系統與技術系統的連線架起了橋樑，使許多工程人員自覺地向生物系統去尋求新的設計思想和原理。於是出現了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學家在共同合作的工程技術領域中獲得成果，就主動學習生物科學知識。 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯絡起來了。 蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭汙穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有“鼻子”，它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分佈在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈衝，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈衝的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能，仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上，將引匯出來的神經電訊號經電子線路放大後，送給分析器；分析器一經發現氣味物質的訊號，便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙裡，用來檢測艙內氣體的成分。 這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光，其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼，有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。 在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且發出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。 科學家研究發現，螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把化學能轉變成光能的過程。 早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素，後來又分離出了熒光酶，接著，又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源，不會產生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 現在，人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。 電魚與伏特電池 自然界中有許多生物都能產生電，僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚，統稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。 電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究， 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈稜形，位於尾部脊椎兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體，位於面板與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由於電板很多，產生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，義大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發電器官，那麼，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。 水母的順風耳 “燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關係。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地遊向大海，就預示著風暴即將來臨。 水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋裡了。這種低等動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就遊向大海避難去了。 原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲波衝擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經感受器，於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。 仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重要意義。