基於綠色技術下的高科技仿生學研究論文
基於綠色技術下的高科技仿生學研究論文
摘要：邁入20世紀90年代後科學技術進入高速發展，科學的雙刃劍作用也越發明顯。為了達到經濟、社會和生態和諧發展，仿生學再次被重新重視、再發現和再認識。力求在生態哲學指導下的“3R”本質下的綠色技術的指導下，認識到以仿生學為先導的綠色設計的重要性，積極探討出一條發展仿生學的有效途徑，積極實現綠色技術的全面實施，為實現人與自然的和諧發展的實現謀求長久發展之路。
關鍵詞：綠色技術；高科技；仿生學
中圖分類號：G811文獻標誌碼：A文章編號：1673-291X（2015）07-0306-03
邁入20世紀的後半期，在資訊化和知識化的時代的引領下，在對工業生產的深刻反思下，以力求生態、經濟和社會的和諧發展被時代所召喚。綠色發展的呼喊已經成為時代的主題，以“3R”本質下的綠色技術為指導的“仿生型”高科技技術也得到充分的重視。仿生學師法自然，從大自然中汲取技術發展的新思路，為更好地實現人與自然的生態和諧提供了技術的先導，這樣使得如何更好地使用和研發仿生技術，成為當今時代的技術發展的主題。
一、綠色技術的內涵
綠色技術是迫於當代生態哲學要求的技術方法論，是與當代的生態哲學有著同源一體性的。在工業革命後期的環境汙染和生態破壞的大背景下，人們開始反思現代的技術文明，如何在享受工業文明帶來的成果的同時又能實現人與自然的和諧共生，提升人與環境在精神層次的教養關係。人類開始逐漸將注意力從只滿足個人的自身需求往謀求個人與環境的共同繁榮。綠色技術是這種生態哲學在技術層面上的反應。
（一）綠色技術的本質
綠色技術是一種環境友善的技術。這種技術要求產品從設計到整個產品使用壽命的終結，都要充分考慮到該產品對生態的影響，這完全有別於傳統的技術。綠色技術的核心是強調產品從設計生產消費以及到最後的生命的終結，都要體現對環境和生態的保護。在傳統設計的設計過程中市場的因素成為主要的考量標準，產品是為了市場而生產，產品好壞的檢驗標準也趨於單一，強調其在市場的歡迎程度和市場份額的佔有率。而綠色技術的要求在注重產品的市場價值的這一基本前提下，開始更多地關注產品對環境的影響。綠色技術是一種將產品的生命週期與生態系統相聯絡的環保技術，強調的是產品除了其商業價值之外，還要承擔生態環保的綠色價值，是一種從搖籃到再生的過程。這種綠色的設計方法本質特徵就是“3R”—reduce（減量）、reuse（重複利用）、recycle（迴圈）。“3R”技術的哲學依據主要包括了減量與異構同功原理、重複利用與生態系統層次結合度的遞減原理、迴圈與生態系統的閉路迴圈原理。
（二）綠色技術的意義
減量原則，顧名思義就是減少廢棄物的數量。很多國家和地方都主張和提倡在源頭上實現廢棄物的控制。減量原則的深刻含義是多層次的，主要的就是減量和節能。在生態哲學的背景下，減量原則的深刻的仿生學原理是異構同工。這個指導思想使得仿生學重新被提高到一個新的高度。自然界經過數億年的發展，其結構都給我們很好的啟迪。我們可以師法自然，以達到降低消耗。例如我們利用王蓮的葉子結構減少了建築物的耗材。同樣地在生物的生態系統中，同一種生物被多種生物所降解。在系統的閉路迴圈的系統中，實現物質的多次利用，生產者、消費者和分解者透過多向的流動達到無機物與有機物的迴圈再生。這種思想要求我們再設計產品時注意到對事物的多次重複利用。而在高科技仿生學的指引下，生物進化過程中的身體結構給我們提供了這種啟迪。動植物的精緻的結構耦合為重複利用開闢了新的途徑。這種週而復始的重複利用構成了第三個原則迴圈。生態哲學指導下的綠色技術就是一種基於“3R”技術本之下的綠色技術，它的核心是強調一種節約型技術，做到系統結構和功能的最佳耦合，是產品具有與生命和生態系統一樣的生命。我們賦予產品以生物的屬性，這使得我們也有了從生物中獲取生產技術的啟迪提供了前提的條件。
二、綠色技術下仿生學的內涵及發展途徑
從綠色技術的本質看，“3R”技術下的綠色技術要求我們要做到有更高的結構耦合，更為精緻的系統耦合和更為精妙的功能耦合。在這種綠色技術的要求下，高科技仿生學技術成為突破這一技術瓶頸的重要手段，高科技仿生學也再次成為一種技術發展的突破點。從歷史的維度看，人們對仿生學的探索去由來已久。在文藝復時期，達芬奇就開始了對飛行的探索，他模仿鳥類設計和製造了一架撲翼機，這是開創了人類歷史上第一架人造飛行器。在中國，關於師法自然的思想在《韓非子》的書中記載了魯班用竹做鳥的嘗試。可見關於仿生的思想在中西方文明中都是源遠流長的。而仿生學的真正形成和發展卻是在20世紀中期。
傳統的工業設計是工業時代的象徵，它的研究核心是——產品，主要從經濟、社會、技術的角度針對產品的形態、功能、色彩、裝飾、材料、表面處理等諸因素進行綜合的處理。工業設計中的仿生學應用是以仿生學理論為指導，運用工業設計藝術與科學相結合的思維與方法，從人性化的角度，不僅在物質上，更是在精神上追求傳統與現代、自然與人類、藝術與技術等多元化的設計創新和融合。工業設計中的仿生一般從形態設計、結構設計、色彩設計、質感和肌理設計等幾個角度展開。
產品設計的核心是產品形態造型形態設計。設計師的設計理念主要依附於產品形態來體現，透過對特定產品形態的設計來建立與使用者情感、思想等方面的溝通。應用了仿生學設計的產品造型形態設計，是以自然界中數不盡的生物形態作為設計創意點，是設計師取之不盡的形態素材，可以為產品形態設計的創新提供新鮮的血液與營養。仿生學在工業設計中結構設計的應用主要體現在對自然界各種生物體、物質所存在的內部結構原理的分析和研究上。在感性認識的基礎上，除去無關因素，並加以簡化，提出一個生物模型，用模型模擬生物結構原理。目的是研究生物體本身的結構原理以便於在工業設計中應用。
（一）仿生學的內涵及發展其充要條件
仿生學大約於1960年才開始使用。仿生學不僅僅可以作為基礎科研中的基本方法，更重要的是在技術原理構思的工作中也是一種卓有成效的工具。
從仿生學的角度來看，人類具有師法自然的充分條件。人類生活的自然界是先於人類而產生，在數萬億年的發展過程中透過生物界的優勝劣汰不斷地表現出高超技能和高能特徵的生物，這些生物的特有屬性特徵就是我們取之不盡的靈感的源泉和智慧的寶庫。在生物的進化過程中，生物表現出了獨特地屬性特性和與自然界的相融合的生態特徵，例如蝙蝠利用超聲波定位，蝗蟲強有力的後退起飛，蜂窩的六角形結構等等。這些生物個體所表現出來的特有的屬性給我們提供技術基本方法和技術原理構思方法。在20世紀的後半期我們對工業革命過程中的環境問題的思考中，技術的“雙刃劍”問題再次被提及，在關於如何改進技術，如何發展技術的問題中如何走出高消耗、高汙染和高浪費的技術發展怪圈中，大自然卻給我們提供了現實的模板和正規化，這有助於我們房屋設計的新的變革。與此同時，科學工作者的視野，也開始轉移到仿生學的領域，逐步開始研究自然事物的優良品質。仿生學的關注度也不斷被提高到日益突出的地位，仿生學研究也獲得了大量的成果，並不斷地被投入到生產實踐。
從綠色技術的角度而言，仿生學師法自然有其必要性。在人與人之間的關係失調和人與自然關係日益突出的全球問題的大背景下，現在技術手段的利弊禍福問題引起的廣泛的關注，在生態哲學的要求下綠色技術的觀念被廣泛地接受、採納和運用。綠色技術是一種要求技術不僅要創造經濟價值而且要肩負起社會價值，尤其是生態價值。在馬克思的生態技術觀裡，我們不能只注重技術本身的單項的功能，同時要兼顧“正效果”和“負效果”。在開發和實用技術的過程中要充分考慮到技術的負面的效應，積極謀求“正效果”的最大化，竭力實現科學技術的綠色之路，實現人與自然的生態的和諧發展。在時代的要求和環境的壓力下，師法自然，以自然為價值取向的生態倫理技術觀念逐步確立起來。自然本身固有的屬性不斷被重視、認識、開發和才用，不斷地探索一條既有利於實現保護自然又有助於人類和諧發展的新型道路。仿生學的創立和發展，為這一道路指明瞭前進的方向，仿生學開始由簡單到複雜，由部分到整體，由要素到系統，由結構到功能的研究不斷地開發出先進的綠色技術。當今的高科技仿生學技術，不斷呈現出從功能模擬逐步到資訊仿生，從力學仿生到化學仿生，從個體仿生到控制仿生的新的態勢。這三種新的態勢相互糅和，互為關聯，互相交叉耦合，不容分割，這為新的高科技技術產業的新發展提供了新的技術正規化。這也要求了在我們在技術的運用上注重對綠色概念的注入，深刻的認識到仿生學對綠色技術的必要性，做到師法自然，取之於自然，用之於自然。
（二）促進綠色技術下仿生學的發展途徑
綠色技術的發展是生態哲學的一種技術要求，而且綠色技術對於現實的生活也有其現實的意義。仿生學作為綠色技術的重要方法與途徑，要成功地在社會中推廣和使用，積極發揮其在實現生產實踐中的作用，需要不斷完善完備的理論，不斷成熟的技術和國家的制度及政策作為仿生學發展的重要途徑與依據。只有具備了這種從內而外的種種條件，仿生學的發展才能更為寬廣。
首先，不斷提高高科技仿生學的理論創新。我國在步入新世紀之後不斷地提出技術創新的要求，這不僅僅是對現階段技術發展的要求，也是對理論創新的一大挑戰。如今，發展以仿生學為主題的綠色技術就要求更多的理論工作者和實驗工作者不斷髮現新規律，提出新理論，建立新技術，不斷建立健全仿生學的理論基礎。這也對研究隊伍提出了嚴峻的挑戰，要求我們不斷教育和培養出具有創造效能力的高素質科研人員，要求學校和社會不斷地給優秀人才更多的機會參與科研工作，打造一個結構合理、素質優良的科研隊伍，為理論創新提供優良的精神保障。同時要求發揮企業在創新機制中的核心和主體作用，發揮企業資源整合的靈活、多變和高效的特點，積極使科研成果轉化為先進的技術生產力，促進理論成果的轉化，為理論創新提供強大動力。
科學理論創新的過程，也是一個不斷證偽的過程。科學的發展過程深刻揭示了理論是始於問題且終於問題的，作為科學工作者要大膽提出猜測和新的假說，反對過於經驗和教條式的思維，善於提出問題、分析問題和解決問題，同時也對於理論的錯誤採取一種包容的態度，從而不斷豐富我們的科學技術理論寶庫。
其次，不斷完善技術操作的成熟程度。仿生學的研究興起於20世紀的60年代，在經歷了高速發展的黃金階段，在步入新世紀後依舊體現出其強大的生命力和遠大的發展前景。仿生學的發展由原本單純的功能模仿到資訊模仿，力學模仿到化學模仿，個體仿生到控制仿生的新的突破點和生長點。但是在仿生學技術取得如此成功的前提下，我們依舊有些技術不夠成熟。資訊仿生、化學仿生和控制仿生的這種將自然系統的`整體作為研究客體的仿生學研究的方法總體上停留在理論研究的層面，目前大部分研究成果集中在對結構和功能、力學和物理、個體到生態的區域性仿生為主。整體仿生學的研究技術還有不成熟。而在區域性仿生學的研究過程中，強調的是對自然事物的個體屬性的研究。這種區域性性的研究，容易造成人與自然的衝突與矛盾，不如基於對蝙蝠等動物的超聲波研究，而開發使用的無線電以及超聲波技術形成了對生物磁場的干擾，造成每年都有動物因為無線電波的干擾而喪命。我們對於我們沒有將整個生態系統考慮在內，不能真正做到人與自然的和諧。生物仿生學研究的整體性研究已成為仿生學研究的主要課題。
從科學技術發展的角度而言，技術的發展也大大促進了科學理論的發展。如今科學技術的發展不是獨立執行的雙軌道。科學技術的相互交融日益密切，科學技術化、技術科學化和科學技術一體化程序不斷加速。技術的進步有助於為理論的發展提供物質基礎，有助於理論的檢驗促進理論成果的產生，從而為理論發展提供了堅實的物質後盾。
最後，不斷加強國家政策保障。實現科學創新和技術創新離不開穩定長效的政策保證，國家的政策誘導和制度建設是促進以仿生學主題的綠色技術發展的重要前提和保證。政策為科學技術的發展提供了穩定的研究環境、流動的資源環境和完備的創新激勵機制。國家透過宏觀和微觀的政策可以制定穩定的科技發展政策和戰略；引導社會對科技投入的方向；改善科學研究場所的基礎設施；健全完備的人才培養計劃；建設長期有效的科技激勵政策；對科技活動進行監督和評估等。這些不可比擬的優勢，要求國家在科技政策引導的過程中要起主導的作用。綠色技術的實施與發展離不開國家宏觀政策的引導，要促進以仿生學為主導的綠色技術在全社會的廣泛開展，就要求政府加大對相關方面的政策的引導，鼓勵和推進企事業單位才用綠色環保技術；加大對於綠色仿生技術隊伍建設的經費投入，建立綠色仿生技術隊伍的人才保障；積極健全技術激勵機制，激發科技人員對於綠色仿生技術的新研究新發展。
我國正在不斷建設創新型國家，這就需要發揮國家在創新型國家建設中的主導作用，積極引導市場對資源的基礎性作用，實現科學研究團體的相互交流與有效互動。為科學研究活動建立健全科學中介服務體系，形成寓軍於民、軍民結合的國防科技研究，加大優勢區域的區域創新、發揮企業的核心作用形成產學研相結合的科學研究體系和科研與高等院校相結合的科研團隊。努力提高自主創新能力，走原始創新、整合創新和引進消化吸收國外先進技術相結合的道路。科學、合理的制度和政策體系；深化科學技術體制改革；培養造就富有創新精神的人才隊伍；發展創新文化，培育全社會的創新精神。全面推動國家創新體系的建設，實現創新型國家建設的宏偉目標。
需要指出的是，綠色仿生技術的研究與發展是脫離不開的，相互耦合不可分割的，缺少哪一個都無法達到綠色仿生技術的運用與發展。綠色仿生技術的現實需要及其實現的可能性，要求我們為綠色仿生技術提供全方位的發展途徑，而只有建立健全了全方位的技術發展環境，才能更為有效地促進綠色技術的運用與發展。
三、結語
對於國家的現實生活而言，仿生學的發展是實現生態中國的重要途徑和重要手段，為國家的生產發展提供了綠色可持續發展的技術保障，為人與生態之間的健康和諧發展插上了技術的翅膀。
生態哲學的觀念也不斷被人類所共同接受，而以仿生型高科技為先導的綠色技術也必將成為今後生產實踐的主流技術手段。促進高科技仿生型技術的發展必將為促進人與自然界的和諧發展提供新的技術手段，也為技術發展提供了新的增長點。
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