Mr.+Frog

仿生学是高科技的代名词，它是指运用尖端的科学技术，来模仿生物的各种官能感觉和思维判断功能，从而更加有效地为人类服务。进入21世纪，仿生学已成为现代科学技术的前沿和热点领域，从千姿百态的动物身上获取的灵感，给仿生学带来了源源不断的动力。

近代，科学家根据萤火虫的发光原理，获得了化学能转化为光能的新方法，从而研制出超节能的荧光灯；根据青蛙眼睛的特殊构造研制了电子蛙眼，用于监视飞机起落和跟踪人造卫星；模仿狗鼻子嗅觉功能制造出的电子鼻，可以检测出极其微量的有毒气体等。这些科技成果在让人叹为观止的同时，也让动物仿生学声名大噪，论贡献，爬行动物是其中的佼佼者。

飞檐走壁的秘密

飞檐走壁小精灵—壁虎

不知大家是否还记得，儿时的老房子或老街道的路灯下，时常能见到一种飞檐走壁的小精灵—壁虎。它们在天花板或墙壁上来去自如，引起人们的无限遐想。近年来，电影《蜘蛛侠》更是让我们对这种几乎无障碍的运动方式充满了好奇和向往。

飞檐走壁是许多动物与生俱来的能力，壁虎则是爬壁能力极为突出的动物之一。壁虎的脚趾能与固体表面快速黏附或去黏附，因而能在与地面近乎垂直或平行的表面（倒挂着）快速移动。最开始，人们认为壁虎能飞檐走壁是因为脚下有吸盘，其实，其趾端膨大的足垫并不是吸盘。真正起作用的，是壁虎足垫和脚趾下鳞上密布的一排排成束的微绒毛，它们如同一只只弯形的小钩，能够轻而易举地抓住物体；微绒毛顶端腺体的分泌物，也能增强它的吸附力。

仿生壁虎机器人

壁虎外周神经对脚掌的运动控制采用独立模式，控制策略简单有效，脚底对接触力及方向有明确感受，这对仿生壁虎机器人的控制设计很有启发。其脚趾表面精妙的黏附结构，为人类研制仿生干性黏附阵列材料和研发新型爬壁机器人提供了重要线索。南京航空航天大学的戴振东教授模仿壁虎脚趾结构与动作，设计了可以在天花板上爬行，并具有一定越障能力的爬壁机器人，有望在不久的将来应用于航空航天等重大领域。

五彩斑斓的变色世界

“伪装高手”—变色龙

变色龙的种类很多，约有160种，主要分布在非洲。雄性变色龙会将暗黑的保护色变成明亮的颜色，以警告其他变色龙离开自己的领地；有些变色龙还会将平静时的绿色变成红色来威胁敌人。在自然界中，变色龙是当之无愧的“伪装高手”，它可以一动不动地将自己融入周围的环境之中。为了逃避天敌和接近猎物，一些昆虫和青蛙的皮肤也会改变颜色，使之与周围环境相一致，但这需要一段时间才能完成，而变色龙如同耍魔术一般瞬间即变。

变色龙通过视觉观察环境，然后用大脑控制不同色素细胞膨胀或者收缩，从而实现颜色转变。变色龙变换体色不仅仅是为了伪装，另一个重要作用是实现变色龙之间的信息传递。康奈尔大学生物系的安德森对变色龙的“变色原理”进行了详细解释：变色龙皮肤有三层色素细胞，最深的一层是由载黑素细胞构成，细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融；中间层是由鸟嘌呤细胞构成，它主要调控暗蓝色素；最外层细胞则主要是黄色素和红色素。安德森说：“基于神经学调控机制，色素细胞在神经的刺激下会使色素在各层之间交融变换，实现变色龙身体颜色的多种变化。”

多彩的变色涂料

人类的许多发明与创造都来自动物体形和行为活动的启发，变色镜就是受变色龙的启发设计的。

科学家们探索出了一种可以随光线强度和温度的不同而改变颜色的涂料，尤其是纳米材料问世后，变色手段如虎添翼，更加豐富多彩。当把这些涂料涂在玻璃上时，就制成了风靡世界的变色镜。各式各样的变色镜不仅美观，而且可减少光线对眼睛的刺激，对眼睛起到保护作用。不仅如此，人们还把变色涂料用在衣料、墙面、餐具等物体上，使其在不同温度和光照下，呈现出各种不同的美丽色彩，从而把人类生活的环境美化得五彩缤纷、艳丽夺目。另外一个仿生学应用是士兵自变色迷彩服，不过现在还是概念设计，因为很多技术还不成熟。

人类的变色发明虽来自变色龙的启发，但变色的手段和花样都远远超过了它，正是“青出于蓝而胜于蓝”。

暗夜杀手的“第二双眼睛”

“暗夜杀手”—蝮蛇

二郎神杨戬因为能用第三只眼睛看清妖魔鬼怪的真身，这才识破了孙悟空的七十二般变幻，最后活擒了孙悟空。尽管这只是神话故事里的人物，但却让我们对三只眼无比好奇。而现实生活中，真有动物拥有“第二双眼睛”，当然，这双眼睛不是火眼金睛，也不能洞悉妖魔鬼怪的真面目，但这双眼睛却让黑夜中的猎物无处藏身。这拥有“第二双眼睛”的动物就是蝮蛇。

蝮蛇是蝮亚科蛇类的总称，著名的成员有尖吻蝮、竹叶青、高原蝮、莽山烙铁头等。它们锋利的管状毒牙能瞬间将致命的毒液注入猎物体内，一招制敌。更让人叹为观止的是，蝮蛇在夜晚或洞穴内仅有弱光甚至无光的环境中，仍能准确识别并迅速锁定目标，进而发动迅猛的攻击。因此，在自然界中的众多捕食者中，蝮蛇被誉为“暗夜杀手”。

蝮蛇之所以能在弱光和无光的环境中发现并锁定猎物，并非因其视力超群，而在于它们拥有“第二双眼睛”。依靠这双眼睛，它们可以“看”到目标的红外图像。这“第二双眼睛”就是其特有的红外感知器官—颊窝，位于蝮蛇两颊部位的一对凹陷状结构。正是有了颊窝，蝮蛇才能精确感知红外信息的细微变化，并以此实现对目标的识别和定位。蝮蛇的红外感觉灵敏度极高，其颊窝内部有一层内膜，称为颊窝膜，科学发现颊窝膜能分辨0.003～0.005℃的细微温度变化。此外，蝮蛇颊窝具有进行小孔成像的结构基础，这一特征显著提高了红外感觉的灵敏度。

红外成像的优点不言而喻。在野外，由于受猎物数量的制约，蝮蛇捕猎的机会少，而且有很多不确定因素。错失一次捕食机会，将意味着生存受到威胁。此外，蝮蛇的毒牙锋利而细长，极易折断，长期的进化导致蝮蛇必须尽可能地在最短的时间内识别和定位目标。因此，保证一击必杀至关重要。为了适应复杂多变的外界环境、提高捕食的成功率，蝮蛇的红外与视觉系统能完美配合。通常，白天光照充足、气温较高，蝮蛇视觉系统能发挥良好的作用；而夜间或在洞穴中，由于目标和环境温度差异较大，此时红外系统便可大展身手。

潜力无限的红外信息世界

从人类生活的生物圈乃至整个地球的角度看，红外光虽然不能直接为人们肉眼所见，但却无处不在。无论从波长跨度上，还是占太阳能的比重上，都超过了可见光。因此，红外光所承载的信息量不容小视。但是因为人类无法直接感知，因此红外光在很大程度上被我们忽略。可以说，红外信息世界是一个摆在人类面前的隐形宝库，开启它必然能回答一些不解之谜。而具有红外感知的生物，即是让我们理解和认识红外信息世界的桥梁。因此，对动物红外感知（尤其是具有成像能力的蛇类红外感知）的系统研究，无疑能拓展和完善人类的认知领域。学习、认识和掌握动物的红外感知，必然让人类的感知世界得到极大扩展。

人们从蝮蛇的捕食技巧获得启发，发明了响尾蛇导弹、红外夜视仪等仿生产品，在军事和民用领域大获成功。然而，有关蝮蛇红外感知的研究远远没有结束，其红外成像机理，尤其是在各级神经系统对红外图像参数的编码和整合方面，仍需深入和系统地研究。值得注意的是，红外和视觉系统的相互关系，是研究双模神经元与双模神经结构及其功能的绝佳材料，清楚地了解两种图像信息的配准与融合原理，可以帮助我们进一步完善夜视与定位设备，为军事和医学等研究领域提供重要理论基础。

动物仿生学的未来仍然充满惊喜，古老而神奇的爬行动物将继续惊艳我们的眼球，让我们拭目以待吧！