白癜风用什么药 http://m.39.net/baidianfeng/a_4518442.html近来我看了一些有关机器人的电影。当然，关于机器人的电影早已有之，层出不穷，这些电影中的机器人有人型的，有的形似动物，总之都是仿生机器。但是，看电影的时候我不断告诫自己：电影里的东西大多数永远无法成为现实。
问题在于，随着科学的发展，技术的进步，主要是自信心的爆棚和投资人的钱没处花，近些年来还真的有些人或公司在研究仿生机器人。据说波士顿有家公司真的造出了机器狗,并且在新西兰有人用机器狗放羊！成功的同时，我觉得有必要郑重思考，仿生机器真的是一条出路吗?
首先，我觉得人形机器人肯定是条死路。
影视作品里，有关人形机器人的描述最多,像什么《变形金刚》、《新世纪福音战士》，《环太平洋》都属此类。对于为什么要造人形机器人，一种常见的解释是:人是生物进化顶峰，是最高等的生物，所以按照人的结构设计的机器人一定有优势。
这种说法毫无道理。首先，”人是最高等生物“这种说法是人自己说的，本身就没什么道理，别的动物大概也不会认同这一观点。其次，人的所谓高级，主要体现在人的脑力上,和体力没什么关系。如果要仿造人的大脑开发人工智能，只需要超级计算机和代码就行，没必要造出一台人形机器。第三点，人类的身体本身就是个进化不完全的产物，至少还没能充分适应直立行走。就我所知，人类的椎间盘突出、痔疮、静脉曲张、胃下垂，都是直立行走造成的恶果。可见，人类的身体本身并无什么可取之处，甚至可以说是进化上的歧路、败笔。
事实也是如此，那些仿造人体制造的机器人，虽然没有椎间盘突出之类的毛病，但面临着重心过高站立不稳行动迟缓等一系列问题，看起来就像直立行走的狗狗一样不灵活。所以，如果非要造仿生机器人的话，还是造四脚着地的吧。毕竟一万多种哺乳动物只有人类一种直立行走的。
再者，我怀疑仿生学本身也不是一条活路。我这里所说的是宏观层面的仿生学，微观层面之后再谈。
仿生学炒的很火，但你见过仿生学出过什么成果吗?
人类早就进行过仿生学的尝试，比如说,早在达芬奇那个年代，达芬奇就设想过模仿鸟类飞行原理的飞行器。和达芬奇的大多数设计一样，这个设计是不可行的。之后有很多人试图模仿鸟类飞行，但都以失败告终，有些人还付出了生命的代价。最终得出的结论是模仿鸟类飞行根本不可行。后来，几百年之后，才有了莱特兄弟，有了飞机。现在的飞机和鸟类是完全不同的东西，它们的推进原理，产生升力的方式，控制方式等都是完全不同的。一个直观的现实是:飞机是不扑扇翅膀的。再后来又有了直升飞机，有了四轴飞行器(现在常见的无人机)，它们越来越灵活，功能越来越多，应用越来越普及，造型也是千奇百怪，唯一的共同点是:越来越不像鸟!
从飞行器的发展史上，我们看出这样一个趋势:走仿生学的路走不通，走从头设计的路反而走通了。这一趋势在其他方面也表现得淋漓尽致。不信你看，现在人造的路上行驶的交通工具，没有一个像陆行动物的:船只和潜水艇，也没有一艘像鱼类的；就连人造心脏都不像心脏，反而像火箭的蜗轮泵!
现在的仿生学，更多的是为了仿生而仿生。现在技术先进了，能造出来像鸟儿一样扑扇翅膀的飞行器，不过这种“扑翼飞行器”只有观赏价值而没有实用价值;花大价钱造出的机器狗未必有摩托车性能优异；而仿生鱼也远远不及鱼雷。在我看来，所谓仿生技术就是利用最先进的技术，模仿动物的形态，造出一些还不如已有产品的机器。而所谓的仿生机器人，是一堆动物不像动物，机械不如机械的怪胎。
那么为什么仿生学的路走不通，或者至少是很难走通，到现在还没走通呢?
按照惯常的说法，能活到现在的生物，都是经历了千百万年遗传变异自然选择优胜劣汰而幸存下来的产物，它们既使不是完美，也是最适应自然环境的形态。按照大自然千百万年来精心雕琢的形态来设计机器，难道不比人类才诞生了不过百年的机械设计学科来设计机器要更好吗?
可事实并非如此。为什么?难道人类的智慧真的比千百万年的自然选择的力量更强大?不是。我认为，仿生学走不通，其主要原因是一个小小的技术性问题:动物和机器的基本构件不同。
动物和机器当然不同，不仅基本构件不同,几乎没什么是相间的。但是在动物和机器运动部分还是有一定的相似性的。比如动物的骨骼和杠杆有一定的相似性，而动物的关节就好像机械里的轴和轴承。关键就在于在动物和机械中,为这些结构提供动力的部分迥然不同。在动物中提供动力的是肌肉，它是往复运动的;而在机器中提供动力的是蒸气机、内燃机、电动机等等,它们都是旋转运动的，就连往复运动的活塞，也要连上曲轴转换为旋转运动才能输出动力。就是这个往复运动和旋转运动的差别，造成了人类在宏观领域的仿生学之路是走不通的。
不知道为什么，人类的动力机械不约而同的走上了旋转运动的路径。相传曾经有人研究过直线电机(一种往复运动的电机)，不知为何没有下文，不知是失败了还是改行搞电磁炮(相当于只往不复的电机)去了。这使人不禁遐想:人类的机械领域是否也落入了“路径依赖”的陷阱，是否在旋转运动之外，还有一条往复运动的康庄大道?如果人类最早研究的机械都是往复运动的，并且沿着往复运动的路走下去，现在我们是否会看到一个完全不同的机械世界？旋转运动真的比往复运动更有优势吗，还是正好相反?为什么自然选择了往复运动而人类选择了旋转运动了?这是巧合还是必然?
扯远了，回到正题。我不知道人类的机械发展是否有另一条路可走。事实是，在人类的机械设备中，提供动力的几乎全是旋转运动的机器。这意味着,用旋转运动的马达驱动往复运动的仿生机器,必须先设法把旋转运动转换成往复运动。而这个转换本身就意味着能量损失。一种转换的方法是液压柱，问题在于液压系统过于庞大,只能在大型设备上使用。不过话说回来，使用液压柱的挖掘机是这类设备里最灵活的，比大多数人型机器人都灵活，可见往复运动还是有很大潜力的。
除了液压系统之外，把旋转运动转换成往复运动的方法……好吧，没有了。这就是关键问题所在。人类机械虽然发展了几百年，但至今也没能发明一种良好的可以模仿肌肉的往复运动的机械!连肌肉都模仿不了，还何谈仿生?就算你造出了仿生机器人，也只能模仿外表，而模仿不了“灵*“。
现在仿生机器，尤其是关节的通用策略是伺服电机,这是一种可以精确调节转速和旋转角度的电动机。归根结底，还是旋转。但是安装伺服电机的仿生机器未免呆板迟滞，因为生物运动的灵*是不同肌肉间精细的配合，是神经间复杂的反馈调节，是刻在脊髓中根深蒂固的千百万年间形成的本能,而这些是伺服电机学不会模仿不了的。
旋转和往复，这小小的差别，使人类的仿生学道路走不通。如果想制造仿生机器人，必须先发明一种像肌肉一样往复运动的机械装置。
好在，人类虽然在往复运动的通路上没走通，但是在旋转运动方面发展得非常好。人类发明了输出旋转动力的蒸汽机、内燃机、电动机；发明了传导旋转运动的齿轮、滑轮、链条、皮带；还发明了以旋转方式输出动力的轮子和螺旋桨。而且这些旋转的机器表现得非常好，四个轮子驱动的汽车比四条腿跑的所有动物都快，喷气式的飞机也比所有鸟都飞得高。这至少告诉我们，旋转运动是一条可行的道路。
那么问题就来了。既然旋转运动是可行的，那么为什么自然选择没有走这条路，为什么几十亿年来没有进化出长轮子的动物来?
为什么没有长轮子的动物?这个问题曾经困扰了很多研究进化的生物学家，甚至成为反对进化论的理由。生物学家苦思冥想憋出一个说法:轮子只有在人造的道路上好用，在自然环境中并不适用,所以自然界的生物不会进化出轮子。扯淡!第一点，我看越野车在非洲大草原上开得挺好的，内蒙古的牧民骑着摩托车放羊，谁说轮子不适合自然环境?第二点，即使轮子真得不适合陆地上崎岖不平的地形，还有海洋和天空呢!有什么理由制约旋转机械在海洋和天空中发挥作用吗?为什么自然选择没有进化出螺旋桨驱动的鱼类或喷气式的鸟和昆虫呢?显然“轮子不适合自然环境”这一论调是不成立的。事实是，轮子(旋转结构)适合自然环境，但是生物没能进化出来。
究竟是什么制约着生物进化出轮子或与之类似的东西?在我看来这也是一个小小的技术问题。仔细观察轮子的旋转部分(转子)和固定部分(定子)，你会发现这两部分之间没有实质性的连接，是靠轴承之类东西固定在一起的。没有实质性连接对于机器来说不是问题，分步制造定子和转子，再组装起来就行。可对于生物来说就是大问题。试想，如果真的有生物长出轮子，轮子旋转的那部分如何供血，神经又该怎么连结?就算有血管连接到轮子的旋转部分，转不了几圈就会把血管崩断。正是因为这个原因,生物中的旋转部件，例如关节，顶多转半圈，没有能度无限旋转的。轮子转子和定子之间无实质性连接以及生物血液和神经的限制，造成生物永远也进化不出宏观上的轮子。
通过上面的论证我们得出结论，人类搞不好仿生机器，是因为人类还没发明像肌肉一样往复运动的机械；而生物长不出轮子，是受到了血管和神经限制。看来生物选择了往复运动而人类选择了旋转运动,有一定的必然性。生物长出轮子是没戏了，倒是人类如果发明了往复运动的机器再搞仿生也未尝不可。
上面我在机械层面探讨了生物和人造机器的宏观运动，下面进入微观层面。
在微观层面，是一个反常识的世界。在原子和分子的领域，是量子力学在起主导作用，我们所熟悉的力、连接、形状、运动这些基本概念都模糊
不清不再成立，取而代之的是场、化学键、电子云、波函数这些大多数人不懂的东西。而人们所说的“机械的“、“电磁的”、“电子的"这些东西。在微观层面通通统一成“电磁相互作用力”。总之，微观世界是个奇妙、复杂又诡异的世界。
在微观层面，之前的那些论证全都不成立。
生物是微观领域的设计大师，生物体中微观的“机械结构”远远超出人类所能做到的。就拿运动来说，在微观层面，生物中有往复运动的结构也有旋转运动的结构。比如说肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白间的相互滑动，形成了宏观上的肌肉收缩。动物细胞分裂时的“收缩环”和植物细胞的胞质环流也基于类似的滑动来实现的。而旋转在生物中也是常见的。比如最新研究表明，精子是整体旋转着前进的，而非人们长期以来认为的摆动尾巴前进。
我想说的旋转是更微观层面的旋转——一种被称作ATP合酶的“分子马达”。ATP(三磷酸腺苷)是人体能量的中介物质，人体每天产生大量ATP的同时也消耗大量ATP,几乎所有能量在生物体中都是先转化成ATP,再通过ATP转换成其他形式。在生物体中一种名叫“线粒体”的细胞器是合成ATP的主要场所,而线粒体是靠ATP合酶来合成ATP的。
ATP合酶的分子结构好似一个马达，由转子和定子组成。转子部分由氢离子的流动驱动而旋转，定子部分利用转子旋转的动力来合成ATP。整个ATP合酶就像一台由氢离子驱动的水力发电机，其结构之精妙远超人类之想象，以致有关ATP合酶的研究获得了诺贝尔奖，两次！
ATP合酶的精妙还不止于此。我们知道，一些人造的电动机其实是两用的，既是电动机又是发电机，给它通电它就作为电动机而旋转,手动去转它它就作为发电机来发电。ATP合酶这个分子马达也是如此,有氢离子浓度梯度的时候，ATP合酶和成ATP。如果反过来，ATP合酶分解ATP，就成了泵送氢离子的分子泵，(科学家最先发现的是ATP合酶分解ATP的作用)类似ATP合酶的东西在胃壁用来倒转分泌胃酸!
ATP合酶这么精妙的分子机器在自然界什么时候产生的已经无从考证，大概有线粒体的时候就有ATP合酶了。而线粒体的产生也是生物界的一个大事件，有段奇妙的往事，发生在十几亿年前，远在动物植物等一切真核生物诞生之前。总之生物体在很早之前就进化出了旋转运动的分子马达，说生物没进化出轮子是不准确的，生物在微观层面进化出了轮子，只不过在宏观层面受条件所限没能进化出轮子。而ATP合酶也被一些生物学家用来反击“生物为何没有进化出轮子“这样的诘问。
另一个有趣的一点是，人类和自然选择都创造出了马达这样旋转机构，但彼此之间互不知情，自然选择本无意识，况且ATP合酶在人类诞生之前几亿年就存在了;另一方面,人类发明电动机的时候还根本不知道什么是ATP合酶，连什么是ATP都不知道可这两个东西却这么相似，这种现象在生物学中叫做“趋同进化”，在成语里写做“殊途同归”，外国人说成“条条大路通罗马”。意思就是说，如果一种解决方案是可行的，那么甭管怎么着你都会回到这个解决方案上来，有点命中注定的味道。“趋同进化”一般是生物学家的概念，用来考查生物的形态或习性什么，很少用在生物学以外的领域。今天我把“趋同进化”引申开来，用来形容在各个领域的殊途同归。
马达和ATP合酶的相似性大概是“趋同进化”的一个例子，虽然两者的尺寸相差悬殊，但工作原理却相似，这大概是因为“旋转运动“是一个极好的解决方案，是函数中的一个极值，是机械学中的“罗马”吧。其实转子本身也经历了“趋同进化”"，不同地区的人类曾在不同地区独立的发明出轮子，至少三次。据说最早的轮子是中亚地区的“新月沃土”人发明的(那里是人类文明的发源地，他们还发明了农业、文字和上帝)，但是中国人都知道轮子是轩辕*帝发明的，*帝是中国人的祖先;中美洲的土著人在更晚的时候也独立发明了轮子，不过只用在玩具上。可见轮子也是函数的一个极值，只要一个文明足够先进，它早晚会发明出轮子。生活中还有很多“趋同进化“的例子。比如说，十年前的手机造型千奇百怪，长什么样的都有，而现在手机都一个样，傻傻分不清。这说明手机在演化的过程中发生了趋同进化，现在手机的样子就是手机应有的样子。再比如，现在的民航客机也都一个样子，到现在我也分不清波音和空客，将来有了C更是分不清。
从“趋同进化"可以看到一个新鲜事物的发展路径是一个枣核(或橄榄核)形，先是第一个东西被发明出来。就好比枣核的一端；然后不同的人沿着不同的方向发展，创造出同一事物的不同类似物，这一过程就像枣核的中部，突然变得膨胀;之后人们发现有些路走不通，有些发展方向是错误的，于是纷纷转向正确的方向，路径骤然收窄，直到所有路都会聚到一点，这一点就是终点，是那个最优解，是枣核的另一端。(当然也有死不悔改的，比如诺基亚和麦道，然后就真的死了。）
再扯远点，相比那些趋同进化的例子，我更关心那些不是趋同进化的例子。比如说，智力是趋同进化的一个终点吗?如果是，为什么没有其他生物进化出像人一样的智力，又为什么人工智能也无法达到人类的智力?科技是趋同进化的终点吗?如果把人类文明推倒重新再来一遍，还会进化出和现在一样的科学体系吗？还是会建立一套和现在完全不同的科学体系还是根本就不会再出现科学?技术呢?闲来无事的时候我会想，现在电力是最常用的能源，那么还有其他替代电力的选项吗?人们有没有可能发明一种替代电力又同样好用的二次能源?所以我想知道，在那些我们没有找到趋同进化的佐证的领域，怎么知道我们走的道路是正确的?在那些领域之所以没有趋同进化，是因为我们跑得太快了，自然或别的东西还来不及追上，还是因为我们根本就走上了歧路?
扯回微观层面生物与人类技术的对比。
生物在微观层面神通广大，无所不用其极，既有往复运动又有旋转运动还有更多的化学变化。而人类在微观层面和生物相比则差远了，和宏观层面的完胜形成鲜明的对比。人类对微观层面的操纵主要体现在化学领域，而人类的化学是粗放的，暴烈的且效率低下的。至于在更加精细的层面操纵分子，比如说所谓的“纳米技术”才刚刚起步，远没有到应用的地步。
所以我建议人类如果真的想搞仿生学，不妨从微观领域进行。比如说作为催化剂，生物酶的效率比人造催化剂高得多且专一性强，那么我们能否发明仿造生物酶的催化剂呢?再比如说,人工合成蛋白质是一件费时费力的事。一九五三年中国科学家合成了牛胰岛素，这是人类第一次合成蛋白质。当时有上百名科学家参与了这项工作，而对于大肠杆菌，只需要一段DNA就能“教“它合成胰岛素。所以如果能造出模仿核糖体的仿生机器，低价合成蛋白质便不是梦……
事实上，这也是人类科研的一个方向。只不过微观层面的仿生学不叫仿生学，而是叫做生物化学或分子生物学。只不过，人类想在微观层面做到像生物那样炉火纯青的地步，还有很长很长的路要走。
话又说回来，为什么在宏观层面上，人类能跑赢自然选择那么多，而在微观层面人类又比生物体差那么多呢?人类究竟是行还是不行，人类的科学为什么会“偏科"呢?
人类重宏观而轻微观，不是人类的错；自然选择轻宏观而重微观也不是自然选择的错。人类在宏观的机械、建筑、汽车、船舶、装备制造、大型工程方面技艺超群，主要是因为人类本身就是宏观的生物，宏现的事物对人类来说是肉眼可见的、直观的、符合常识的；而微观世界的原子分子对人类来说是不可见的、抽象的，甚至违反常识的，(话又说回来，什么又是常识呢?常识只不过是我们经常见到的东西罢了。也许对于细菌来说，电子云和波函数才是常识)。所以人类也是先从简单的下手,先研究宏观再琢磨微观。从人类的科技发展历程上也可以看出这一趋势：牛顿在一六XX年就发现了运动三定律，拉瓦锡在一七XX年才刚刚敲开化学世界的大门;一九五三年DNA双螺旋结构的发现被视作分子生物学的开端，而在此之前的一九四五年，原子弹已经炸响了。所以不要问为什么人类已经上月球了，却搞不定小小的新冠病*。因为人类是宏观的，天生就不擅长微观，没办法。
那么生物呢?生物是宏观的还是微观的，自然选择又在哪一层面起作用呢?大多数生物是宏观的。但生物遗传变异的基础基因、DNA分子是微观的，自然选择也是在基因层面起作用。这意味着，对于自然选择的机制来说，分子层面是直接的，宏观层面是间接的。一个细胞只需在DNA上发生一个碱基变异，就有可能改变这个基因编码的蛋白质的形态和功能，进而改变代谢途径。而一个生物的DNA和它的个体形态之间隔着细胞、组织、器官、系统四个层面之间的差距，很难靠改变几个碱基对来改变个体的形态。所以对于生物来说，微观层面的进化容易发生，而宏观层面的进化则异常缓慢。大肠杆菌花了十年时间“学会“了分解碳青霉烯类抗生素，而鱼类爬上陆地可能花了上亿年的时间。而作为对比，人类在几十年前发明了碳青霉烯类抗生素，但在几千年前就学会了造船出海。
所以没必要因为你的车跑得比猎豹快而妄自尊大，也没必要因为新冠病*而怀疑人类。人类擅长宏观而自然擅长微观，这是既成事实。在宏观领域，自然选择了往复运动，而人类的机器选择了旋转运动，人造的机器表现得比自然界的生物好一些，但一旦在宏观领域搞起仿生学,人类就搞得一无是处，因为人类还没发明出像肌肉一样往复运动的机械。在微观领域，人类比自然界的造物差了不知多少，这才是仿生学应该赶上的地方，也是人类科研的前沿。
