仿生学技术研发：从大自然"抄作业"，真没你想的那么简单
你见过墙上爬的壁虎吗？就那种小小的，晒着太阳趴在玻璃上稳得一批的小东西。人类盯着它的脚研究了快一百年，才搞出来能用的仿生吸盘。
很多人对仿生学的印象还停留在“看个样子仿个形”，说白了就是从大自然抄作业。实际上哪有这么容易。大自然花了几亿年迭代出来的生存方案，藏着无数材料、结构、系统层面的底层逻辑，拆都拆不开，更别说反向模仿造出来了。
仿生蝠鲼水下机器人水池测试实拍
这还只是单个部件级别的研发难度，要是碰到系统级仿生，卡的更死。比如现在很多团队在攻关的仿人眼动态视觉芯片，人类视网膜处理动态画面的响应速度，比现在最先进的芯片还快两个数量级。为什么？因为视网膜的神经元是分布式并行处理的，乱中有序，我们现在只能仿单个神经元的连接，做不到整个视网膜的协同工作，出来的芯片动态模糊还是解决不了。
仿生捕蝇草软体抓手抓取活水母实拍
这个东西现在已经给深海科考船用了，原来捞上来的水母全是碎渣，根本没法做基因研究，现在能完整带回实验室，直接推动了深海软生物研究的进展。国内哈工大也出了仿啄木鸟颅骨的抗冲击材料，用多层交错的蜂窝结构模仿啄木鸟的头骨，吸能效果是普通碳纤维的两倍多，现在已经用到植保无人机的防护壳上，大田作业掉下来，核心的导航相机一点事都没有，很多厂商已经批量拿货了。
仿生学技术研发的下一个风口，藏在这些冷门方向里
现在大部分资本都盯着仿生机器人、仿生假肢这些热门方向，其实很多冷门方向已经快出成果了，潜力一点都不小。
第一个就是仿生人工光合固碳系统，植物靠叶绿体把二氧化碳转化成有机物，效率其实不高，现在很多团队模仿叶绿体的反应中心，做出来的人工系统，固碳效率比天然植物高三倍以上，如果能做成工业化装置，直接就能放在火电厂的烟气出口吸二氧化碳，转化成可利用的有机物，比现在的碳捕集技术成本低一半还多，对双碳目标来说简直是降维打击。
另一个就是仿生群体智能调度，模仿蚂蚁、蜜蜂的群体协作逻辑，不需要中心调度，每个个体只需要根据周边的信息调整动作，整个集群的效率比传统的中心调度算法高20%以上，还不会因为一个节点出问题整个系统瘫痪。现在国内不少头部电商的仓储无人机分拣系统，已经偷偷用上了这套逻辑，分拣效率涨了，拥堵率降了，只是很少有人宣传而已。
不过话说回来，现在圈子里也有不少歪风，拿着外形仿生骗投资的不在少数。做个长得像鸟的飞机就叫仿生飞行器，飞起来耗能比固定翼高两倍，根本没法用。真的做仿生学技术研发，哪有这么容易，都是盯着大自然的底层逻辑，一点点抠材料、测结构，十年磨一剑的事儿。
当年壁虎吸盘的原理1960年代就提出来了，直到纳米材料技术成熟之后，2010年代才做出来能在太空用的爬壁机器人，中间隔了将近五十年。
大自然才是这个星球上最厉害的工程师，我们不过是跟着它的脚印，捡一点它用亿万年试错攒出来的答案罢了。
好玩的还在后面呢。
别被“仿生”两个字骗了，研发卡脖子的地方真的多
不少入门者拿到仿生课题，第一反应就是画个一样外形的3D模型，打印出来测一测，不行就改外形。改到最后才发现，问题根本不出在外形上，出在你摸不透大自然的“内部设计”。 就拿现在热门的蝠鲼型水下机器人来说对吧？你看野生蝠鲼扇动一下胸鳍，能滑出去十几米，耗能只有普通螺旋桨推进器的三分之一，太香了。无数团队想仿，结果卡在胸鳍材料上了。 太硬的材料弯不动，出不来蝠鲼那种波浪形的波动，推力上不去。太软的材料撑不住水压，动起来整个软塌塌，白费力气。说实话，前几年我去国内一所Top院校的水下机器人实验室参观，研二的博士生泡在水池边，对着十几种不同模量的硅胶块测数据，头发掉的比累计的测试数据涨的还快。仿生蝠鲼水下机器人水池测试实拍
这还只是单个部件级别的研发难度，要是碰到系统级仿生，卡的更死。比如现在很多团队在攻关的仿人眼动态视觉芯片，人类视网膜处理动态画面的响应速度，比现在最先进的芯片还快两个数量级。为什么？因为视网膜的神经元是分布式并行处理的，乱中有序，我们现在只能仿单个神经元的连接，做不到整个视网膜的协同工作，出来的芯片动态模糊还是解决不了。
最近几年仿生学技术研发，真出了不少能落地的硬东西
说了这么多难点，别觉得仿生学都是实验室烧钱的花架子。最近十年材料和观测技术上来了，真出来不少能赚钱、能解决实际问题的好东西。 最常见的就是模仿鲨鱼皮肤的减阻涂层，鲨鱼皮表面有无数微米级的肋条结构，能大幅降低水流阻力。现在这个技术已经大规模用在远洋货轮的船体涂层，还有高铁的车头蒙皮，能降5%左右的阻力。别小看这5%，一艘十万吨级的远洋货轮，一趟跨太平洋跑下来，省的燃油费就是小一百万，一年下来能省好几个亿，全行业加起来，数字更吓人。 还有医疗领域的仿生层状骨钉，原来的钛合金骨钉太硬，容易压碎已经疏松的骨质，新型的复合材料太软，撑不住身体的重量。研发人员模仿象牙层层堆叠的内部结构，做出来的骨钉，弹性模量刚好和人体骨骼匹配，强度还够，排异反应比原来的降低了六成，现在已经进了很多三甲医院临床用了。 去年哈佛大学威斯研究所出了个很惊艳的成果，仿捕蝇草的软体抓手，能根据接触到的物体大小自动调整握力，抓水母这种一碰就碎的软生物，都能完完整整抓上来。仿生捕蝇草软体抓手抓取活水母实拍
这个东西现在已经给深海科考船用了，原来捞上来的水母全是碎渣，根本没法做基因研究，现在能完整带回实验室，直接推动了深海软生物研究的进展。国内哈工大也出了仿啄木鸟颅骨的抗冲击材料，用多层交错的蜂窝结构模仿啄木鸟的头骨，吸能效果是普通碳纤维的两倍多，现在已经用到植保无人机的防护壳上，大田作业掉下来，核心的导航相机一点事都没有，很多厂商已经批量拿货了。
仿生学技术研发的下一个风口，藏在这些冷门方向里
仿生学技术研发的下一个风口，藏在这些冷门方向里
现在大部分资本都盯着仿生机器人、仿生假肢这些热门方向，其实很多冷门方向已经快出成果了，潜力一点都不小。
第一个就是仿生人工光合固碳系统，植物靠叶绿体把二氧化碳转化成有机物，效率其实不高，现在很多团队模仿叶绿体的反应中心，做出来的人工系统，固碳效率比天然植物高三倍以上，如果能做成工业化装置，直接就能放在火电厂的烟气出口吸二氧化碳，转化成可利用的有机物，比现在的碳捕集技术成本低一半还多，对双碳目标来说简直是降维打击。
另一个就是仿生群体智能调度，模仿蚂蚁、蜜蜂的群体协作逻辑，不需要中心调度，每个个体只需要根据周边的信息调整动作，整个集群的效率比传统的中心调度算法高20%以上，还不会因为一个节点出问题整个系统瘫痪。现在国内不少头部电商的仓储无人机分拣系统，已经偷偷用上了这套逻辑，分拣效率涨了，拥堵率降了，只是很少有人宣传而已。
不过话说回来，现在圈子里也有不少歪风，拿着外形仿生骗投资的不在少数。做个长得像鸟的飞机就叫仿生飞行器，飞起来耗能比固定翼高两倍，根本没法用。真的做仿生学技术研发，哪有这么容易，都是盯着大自然的底层逻辑，一点点抠材料、测结构，十年磨一剑的事儿。
当年壁虎吸盘的原理1960年代就提出来了，直到纳米材料技术成熟之后，2010年代才做出来能在太空用的爬壁机器人，中间隔了将近五十年。
大自然才是这个星球上最厉害的工程师，我们不过是跟着它的脚印，捡一点它用亿万年试错攒出来的答案罢了。
好玩的还在后面呢。