自然启示
工程师总是从大自然中获得灵感。列奥纳多·达·芬奇在16世纪写道:“人类的灵性会创造出各种各样的发明，但它不会让这些发明变得更美好、更简单、更清晰；因为天然产品刚刚好。“然而，仿生学的典范性成就不仅仅是对自然的模仿，而是试图探索自然系统背后的原理和机制，然后将其具体应用的结果。事实上，简单地复制生物组织会导致平庸和可怕的工程设计。
想想人类制造飞机的各种失败想法。白氏兄弟成功跨越了这一难关。他们没有简单地模仿鸟类的姿态，而是考察了它们的翅膀在起落和滑行时的细腻状态，然后移植到有固定翅膀的飞机上。
在发明史上有很多应用仿生学的著名例子。最生动的是，20世纪40年代，瑞士工程师乔治·梅斯特罗(George Mestraw)从沾到他裤子和狗耳朵的苍耳属植物中获得灵感，发明了velcro。更近的例子是，1995年，世界上最大的地毯公司之一“英特尔飞思卡尔”生产了一种模仿林地表面的地毯。还有，嗅觉灵敏的龙虾为人们提供了制作气味探测器的思路；一只寄生蝇，有着像麦克风一样敏锐的听觉器官，为设计更好的助听器贡献良多。还有壁虎和蜥蜴。壁虎依靠脚趾上胡须的分子吸力来吸附墙壁和天花板。壁虎脚上上亿个分子吸力的合力理论上可以承受60磅，这为制造可重复使用的粘胶带提供了令人鼓舞的前景。
一个类似的例子是，贻贝用它的蛋白质产生的胶体非常强，即使在寒冷的海水中，它也能把自己粘在岩石上。这种胶体可以应用于从外科缝合到船舶维修的所有领域。最近一款仿生产品“莱特西”硅胶涂层，也借鉴了莲花的自清洁功能。这种油漆的德国制造商声称，只需要一把刷子和一桶水就可以清除这种家用油漆上的污垢。
科普作家杰宁·贝纳斯(Jenin Benas)在1997的《仿生学》一书中写道:“与工业革命不同，仿生革命带给我们的不是一个我们从自然中挖掘的时代，而是一个我们从自然中学习的时代。”
在这个世界上，也许没有什么比蜘蛛网里的丝更优雅和高效了。在怀俄明州立大学的办公室里，分子生物学家兰登·刘易斯展示了一只金色圆网蜘蛛(以下简称‘金色圆网蜘蛛’)的电脑解剖图。蜘蛛腹部的六个独立的长丝腺分泌不同的蛋白质溶液或粘液。它们通过蜘蛛吐丝器的力量产生六种丝:一是包裹卵，二是保证捕猎安全，三是织网，最有弹性的是牵引丝，蜘蛛用来织网或行走。牵引丝是动物能制造的最坚韧的丝。理论上，铅笔粗细的蜘蛛丝束可以钩住在航母上降落的喷气式飞机，而且它的弹性和尼龙一样。蜘蛛丝的韧性和弹性是防弹背心纤维B的五倍。
蜘蛛丝就是这么神奇，却不容易产生。每个人都想养蜘蛛，但是没有人能做什么，因为蜘蛛放在一起，最终会互相吃掉。在美国蒙特利尔郊外的一座农场建筑里，分子生物学家、尼科西亚生物技术公司总裁兼首席执行官杰弗里·特纳(Jeffrey Turner)正在尝试新方法。
事情还得从头说起。1998年，特纳得知刘易斯等人分离出了这种蜘蛛的基因。注意到研究人员已经通过山羊的分泌系统生产药物，他不禁想知道为什么山羊不能在其乳汁中制造蜘蛛丝。毕竟，蜘蛛的产丝腺和山羊的产奶腺非常相似。“所以我打电话给兰登，请他帮我研究蜘蛛丝基因，”特纳回忆道。
尼科西亚的技术人员首先从几十只山羊身上提取了数百个受精卵，然后将蜘蛛丝基因植入受精卵中，再将这些受精卵重新植入山羊体内。今年夏天，这些受精卵的母羊成为了母亲，尼日利亚的技术人员能够提取它们的乳汁(这个阶段就像枫糖浆)。然而，到目前为止，Nekosia还没有做任何革命性的事情。“模拟蜘蛛如何吐丝是最困难的事情，”特纳说。在它的吐丝器中，蜘蛛不知何故将粘液变成了不断拉扯的细丝——它不湿也不脆，但相当坚韧有弹性。
Nekosia和它的研究伙伴，美国陆军生化司令部的专家，正在试图将蜘蛛粘液放入注射器状的容器中，挤出编织的细丝。在最近的一项实验中，该公司制造的丝绸的许多性能与天然蜘蛛丝几乎相同，但该公司承认其强度只有天然丝绸的30%。当然，特纳对此仍持乐观态度。他认为这种丝可以变得更结实，他打算在未来几年内为这项实验申请专利。
爬栏杆的方法不止一种，仿真蜘蛛丝也是。塔夫脱大学学生工程教授大卫·卡普兰(David Kaplan)多年来一直在研究生物丝，他对丝束的应用前景寄予厚望。他说，蚕丝虽然不如蜘蛛丝坚韧，但可以相对较快地用于医疗器械领域，也可以大规模商业化获得。
在他的实验室里，卡普兰展示了一个被称为缠绕卷轴的大型浅金属盒，它看起来像一架三角钢琴的内脏，包含十几个小马达。四英尺长的纤维在卷线筒两端的电机上拉伸，每束纤维由10丝组成。计算机控制每个电机以每英寸不同的转数捻合纤维，使每束纤维获得不同的强度和弹性。“如果你以适当的方式捆绑和扭曲，你可以获得你想要的各种属性，”卡普兰说。
他认为，人体组织将围绕这些纤维生长，并产生新的韧带。他现在专注于前交叉韧带人工替代物的研究，膝关节组织一直是运动员的难题。“理论上，丝应该用于任何肌腱和韧带，也可以用于其他组织，”他说。估计？吸烟人的实验将在未来两三年内进行。
社会可能会接受基因工程，或者因为它太危险而抛弃它。然而，自然界仍然会激发设计师、科学家和其他创新者的灵感。尼科西亚公司实验畜栏里的这些活泼可爱的小山羊，有朝一日可能会生产出一些制作防弹衣的稀有材料。仿生学好像前途无量啊！
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