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透过原子隧道——进入微观层面的军事仿生技术

来源:科普中国-军事科技前沿2020-11-19 14:33

  【解读军事仿生技术④】

  在电子显微镜,乃至于更精进的扫描隧道电子显微镜诞生和普及之前,人类的仿生学其实还都停留在比较“宏观”的地步:生物的细胞和细胞之间、分子和分子之间到底有些什么奥秘,唯有这些看得到微观世界的“小人国之门”才能解明。

  而颠覆传统意义上“仿生学”含义的变革,就正是自微观世界中迎来发端。从这里开始,人类开始尝试着分析、探明和学习几乎所有生物的奥秘,哪怕是细菌和病毒也不例外,它们都可以被投放到战场上,成为战争机器的“力量倍增件”。

透过原子隧道——进入微观层面的军事仿生技术

图为F-16XL测试平台机,拥有类似鲨鱼皮表面的“盾鳞”结构。(来源:NASA)

  坚过金石,轻比鸿毛:各式各样的仿生材料

  时至今日,“蛛丝强过钢丝”早已不是什么新鲜事,但难免有读者要问:蛛丝的神话始终是“只听楼梯响,不见人下来”,到底有没有这回事呢?

  当然有,蛛丝作为“高层次的复合材料”,几乎达到了组分材料配比最优化的地步,只不过由于过分复杂,现在还无法进入量产。

  而比起蛛丝,其它默默无闻的生物材料其实也毫不逊色:它们都有“化腐朽为神奇”的功效,能把寻常可见的成分以特殊配比、结构糅合在一起,就能达到坚过金石,轻比鸿毛的颠覆性效果。

  比方说,常见的贝壳和甲壳,其实是把碳酸钙这种常见的陶瓷材料和生物高分子结构柔和起来,这使得贝壳同时拥有极薄厚度、极轻重量,但却兼顾陶瓷的强度,又不至于很脆。应用了这一原理的复合材料已经进入到航空航天领域,成为尖端战机和火箭飞船的“新宠”。

  此外,甲虫的鞘翅、蜂窝的蜜蜡板等结构,也拥有类似的特征和表现。从快速展开的战争工事、防御阵地,到滚滚前行的军车轮胎,这些仿生技术都势必在未来战场上大放异彩。

  自适应、自光滑、自修复、自供电……它们都来自生物

透过原子隧道——进入微观层面的军事仿生技术

图为在悍马吉普车上应用的新型轮胎,同时兼顾蜂窝仿生结构和自修复原理。(图片来自网络)

  打坏了、用坏了就得修,这是几乎所有武器装备都要面对的老问题。但其实不论生物,光说人体自身,就有自行恢复神奇功效:划伤的皮肤往往能在几天之内结痂并长出新皮,这个过程就是所谓的“自修复”。

  想要模仿细胞自行“堵漏”修复皮肤的过程,恐怕有些难。但触发细胞自修复的过程,却给了人类启示:通过在高分子材料中预先埋设包裹起来的聚合剂,高分子断裂时便会被这些聚合剂重新聚合,从而达到“自修复”的效果。

  除此之外,荷叶催生了自清洁、光滑的表面材料;猪笼草催生了能够自适应、自修复和自润滑的润滑剂和表面层;变色龙催生了能够自适应变色的电子皮肤;纳米发电机源自细胞和细菌的内部结构……总的来说,在下一场战争里,我们恐怕就能见到应用这些新技术的新概念武器。

  潘多拉的魔盒:模糊界限的纳米仿生技术

  军事仿生技术进展到“纳米”层面,其实并不是什么特别稀奇的事。先前提到的“仿荷叶自清洁”、“自发电结构”,它们的构件距离都已经以数百纳米计。

  但如果仿制的对象更小一些,从昆虫换成细菌、病毒乃至抗体,同时“工匠的手”更细一些,那么,在战场会发生什么?笔者也只能说这确实超过了现在人类对“战争”概念的普遍认知。

  举个例子,目前医学界对纳米仿生技术的应用之一,便是能够非常有效结合某种毒素的“高分子抗体”,这种抗体在制备过程中会和生物抗体一样,出现匹配毒素外形的结合位点,因而能够非常高效地处理匹配的化合物。

  看上去完全无害,对吧?但如果有人把这种机制反向应用,将其炮制成结合特定细胞、特定机能的“高分子生物武器”,则它的杀戮效率很可能会超越所有枪炮炸弹,甚至成为凌驾于核武器,且不受限制的存在。

透过原子隧道——进入微观层面的军事仿生技术

  出品:科普中国军事科技前沿

  策划:赵清建

  制作:旋钮工作室

  监制:光明网科普事业部

[ 责编:武玥彤 ]
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