本報杭州5月8日訊
記者 陳寧 通訊員 劉笑笑
動物的世界，往往給我們很多靈感。遊泳健將們馳騁水下的「戰衣」，是從鯊魚皮膚上取經；小小螢火蟲的發光機制，使得科學家們發明出了不傷眼的人工冷光；還有仿造蝙蝠的回聲定位系統的雷達、模仿魚鰭的船槳、有如動物鱗甲的屋頂……
仿生產品出現在我們生活的方方面面，讓人類的世界更加廣闊。
浙江大學建築工程學院土木工程學系副教授呂朝鋒參與的一項研究把目光鎖定在節肢動物的複眼上。研究團隊於5月1日在英國《自然》雜誌發文稱，這種模擬節肢動物複眼特性的仿生照相機，能夠實現極大的視角和幾乎無限的景深。
動物複眼幾多奧秘
你是否見過這樣的場景：你想伸手抓住停在路邊的紅蜻蜓，但它「一溜煙」就飛走了；一旦有小蟲經過，它又能準確定位、快速捕捉……
這些在人類看來無法企及的「超能力」，都得益於蜻蜓圓鼓鼓的大眼睛。蜻蜓的眼睛佔據著頭的絕大部分，每隻眼睛中都包含有數以萬計的「小眼」，它們因此而成為世界上眼睛最多的昆蟲。
這些「小眼」，正是動物特有的複眼。它們與感官細胞和神經緊密相連，因而在一隻蜻蜓的眼中，眼前物體是數萬次複製疊加的結果。不僅如此，這些小眼睛還能上下左右四處轉動，它不必回頭，就能坐觀後方。最神奇的是，當小飛蟲等獵物從蜻蜓眼前快速飛過時，它的複眼還能「放慢」、「定格」獵物的行動，昆蟲界捕蟲高手的稱號自然有複眼一份功勞。
其實，複眼在節肢動物界並不罕見，更不是蜻蜓的專屬。比如家蠅的複眼，有多達4000個小眼組成，蜜蜂也擁有5000隻小眼，甚至蚊子也有複眼，蒼蠅和瓢蟲也列入複眼動物行列。
動物複眼的神奇，也讓科學家們開始了仿生學研究，如果複眼用在人類的世界，生活會變成什麼樣？
力學專家打造相機
初見呂朝鋒，是在紫金港校區的安中大樓。這座磚紅色的建築裡，集成了許許多多關於結構、土木、房子的思想，只是這裡為什麼還會造出仿生相機？
「實際上，除了名稱和概念來自生物學上的昆蟲複眼，它和生物學的關係並不太大。」呂朝鋒介紹說，「把動物複眼拷貝到人類的世界，不是一件容易事，它是一個集合材料科學、光學、電子和力學等多學科的系統工程」。
當然，仿生複眼照相機更不是普通相機的「升級版」。呂朝鋒打開手機上的一張圖片，一個透明的半圓形球面上，密布一個個水晶小球，「這就是仿生相機，180個小球相當於動物的『小眼』，整個相機的視角可達160度。」呂朝鋒告訴記者。
整個仿生複眼照相機的直徑不過1.5釐米，但它緊密的「機關」，卻令科研人員費盡心思。作為土木工程專家的呂朝鋒，是參與這項研究的唯一一位國內高校學者，他在團隊中負責解決了仿生複眼照相機關鍵的力學問題。
為何需要解決力學問題？這得從仿生複眼照相機的基本構造說起：在一塊彈性的塑料薄膜上，科學家們集成了180個微型透鏡，即「小眼」。這些小眼並非單獨製造，而是同塑料薄膜一起形塑出來的，薄膜經水壓調控可形成160度的半球形狀。在薄膜之下，每個小眼都連接著自己的導線和光感元件，三者「合作」，在半球形狀的薄膜上呈陣列分布，接收光線，處理成像。
如何維持薄膜的半球形狀、如何保證薄膜變形時其他元件能保持不變，這些都是呂朝鋒在研究中需要解決的力學問題。
雖然沒有動物那樣成千上萬個「小眼」，但這個小小的仿生複眼照相機，也已經帶給科學家們許多驚喜。「景深幾乎是無限的，還有160度大視角，清晰度高，還能和動物一樣辨識快速移動的物體。」呂朝鋒告訴記者。
柔性電子應用廣泛
仿生複眼照相機並不會用來照相和採風，也許令你難以想像，這個直徑1.5釐米的小物件，在不久的將來，或許能在醫學、監視設備、軍事領域大有作為。
「最直接可應用的實例就是胃鏡。不像現在的胃鏡只能直達病灶，複眼照相機如果放入胃裡，就能多方位、多角度觀察。」呂朝鋒說，還不僅如此，腦電、心電的監測，甚至微創手術中，複眼照相機都有應用的可能。
複眼照相機還能製造成更先進的監視設備。多數非圓形監視器的視角範圍小，且影像質量差。「就像動物的複眼有『放慢』、『定格』的功能，用上複眼照相機的監視設備，能在追查肇事者和肇事車輛時幫上大忙。」呂朝鋒告訴記者。
其實，科學家們並不只滿足於複眼照相機，他們正在致力於開發一種柔性電子器件。
「我們想讓那些硬梆梆的電子器件變得柔軟、輕便，從而適應各種具有複雜外表曲面的場合。」呂朝鋒告訴記者。2009年12月，他到美國西北大學開展為期兩年的國際合作研究，同華人學者黃永剛教授一起合作研發「仿生複眼照相機」項目。研發初衷很簡單：傳統剛性平板型半導體電子器件，不能實現在任意曲面上的高精度傳感與驅動功能，尤其是不能勝任生物組織和器官的高精高敏監測與傳感需求，因此，「柔性」材料和器件的研發也就成了必然。
4月11日，呂朝鋒參與的一項有關分子尺度注射式光電子器件的研究在美國《科學》雜誌上發表。注射式光電子器件這項成果「突破了生物醫療的又一瓶頸」，成功對小鼠進行腦控行為幹預。
至此，與柔性電子器件相關的結構設計技術得到了巨大發展，其更廣泛的應用也在此時初現曙光。更重要的是，柔性電子器件技術將對生物醫療技術的發展產生不可估量的影響。