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摘要 據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國普林斯頓大學(xué)的研究人員近日利用3D打印技術(shù)制造出了一個(gè)仿生耳。這一研究的更重要意義在于，希望借此探索出電子材料和生物材料結(jié)合的新方法。得益于信息技術(shù)的滲...
據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國普林斯頓大學(xué)的研究人員近日利用3D打印技術(shù)制造出了一個(gè)仿生耳。這一研究的更重要意義在于，希望借此探索出電子材料和生物材料結(jié)合的新方法。
得益于信息技術(shù)的滲透，在過去幾十年中，制造業(yè)取得了快速發(fā)展。如今，生物技術(shù)正引領(lǐng)新一輪的科技浪潮，其與制造技術(shù)的結(jié)合——生物制造，將帶來新的變革。
生物制造改變生活
事實(shí)上，在前述仿生耳之前，人們就已經(jīng)開始了生物制造方面的探索。比如在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上走紅的“鯊魚皮”游泳衣，就是生物技術(shù)和制造技術(shù)結(jié)合的典型案例。
按照清華大學(xué)機(jī)械工程系教授顏永年等人的定義，寬泛的生物制造包括仿生制造、生物質(zhì)和生物體制造。可以說，涉及生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的制造科學(xué)和技術(shù)均可視為生物制造。
那么，生物制造的應(yīng)用領(lǐng)域主要有哪些？
北京航空航天大學(xué)仿生與微納生物制造技術(shù)研究中心的副教授陳華偉，在近日舉行的2013先進(jìn)智能制造技術(shù)發(fā)展研討會(huì)上介紹說，生物制造主要分四個(gè)領(lǐng)域，分別是生物加工成型、組織器官制造、機(jī)械仿生制造和生物機(jī)電系統(tǒng)制造。
而今，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界在上述四個(gè)方向上均有所探索，并將對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)和人們的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
以生物加工成型為例。按照業(yè)界定義，生物加工成型指的是直接利用生物原型或生物材料制造出生物形體基產(chǎn)品，或是利用生物的加工特性，加工成型復(fù)雜零件。
與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)加工成型相比，生物加工成型具有高效成型的優(yōu)勢(shì)，可用于制造功能涂層材料、高效交通界面和微創(chuàng)機(jī)械界面。
目前，生物加工成型的價(jià)值已經(jīng)開始顯現(xiàn)。如2008年中國民航消耗航空煤油1175萬噸、摩阻為40%，而采用生物加工成型的減阻表面可減少3%的油耗，相當(dāng)于節(jié)省勝利油田單月原油產(chǎn)量。再比如，每年1700萬人死于心血管疾病，仿生減阻內(nèi)壁的人工血管則能確保順暢的血液循環(huán)，提高器官存活幾率，避免心肌梗塞。
此外，生物加工成型還具有資源循環(huán)的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造、減少環(huán)境污染等方面有著重要的意義。
目前自然界中有100多萬種微生物，30萬種植物，而在動(dòng)物中，昆蟲就有100多萬種。在陳華偉看來，應(yīng)該最大程度借鑒自然界中生物系統(tǒng)的原理，設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)更合理、過程更綠色、性能更優(yōu)異的材料、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。
除了生物加工成型，利用生物制造技術(shù)，還可以進(jìn)行組織器官的制造，目前比較熱門的3D生物打印即屬于此類。此外，生物制造還可以通過模仿生物材料形態(tài)，設(shè)計(jì)制造出具有生物表面或是生物結(jié)構(gòu)功能的產(chǎn)品。
比如，吉林大學(xué)的相關(guān)學(xué)者就以仿生非光滑理論為依據(jù)，與金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造理論和技術(shù)緊密結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)鉆頭的脫附、減阻力和耐磨，從而提高鉆頭的效率和壽命。
生物制造還有一個(gè)重要的方向是生機(jī)電一體化制造，即模仿生物的結(jié)構(gòu)材料、運(yùn)行狀態(tài)和功能方式，設(shè)計(jì)制造具有生物特征的產(chǎn)品。
這種制造方式將對(duì)人們的生活產(chǎn)生重要影響。比如，隨著生機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，假肢將從機(jī)械控制發(fā)展到神經(jīng)控制，并最終發(fā)展成可以靈活控制的智能假肢。未來還會(huì)產(chǎn)生基于生機(jī)電一體化技術(shù)的健康監(jiān)測貼片，可對(duì)人體的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這無疑是未來健康云構(gòu)建的重要基礎(chǔ)。
如何把握機(jī)會(huì)
對(duì)于生物制造的前景，陳華偉表現(xiàn)得很樂觀。他指出，人類的歷史分別經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代、工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代和信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代，現(xiàn)在業(yè)界普遍認(rèn)為，下一個(gè)時(shí)代將是生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代。因此，生物制造技術(shù)將大有可為。
事實(shí)上，生物制造已經(jīng)得到了多方的重視。美國科學(xué)基金會(huì)發(fā)布的《2020年制造業(yè)挑戰(zhàn)的展望》中，將生物制造列為高新科技的十個(gè)主要方向之一。我國2011年發(fā)布的《中國機(jī)械工程技術(shù)路線圖》則將仿生制造列為機(jī)械工業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的六大主題之一。
按照國家《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，我國生物制造產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到7500億元。
面對(duì)生物制造的廣闊前景，中國該如何把握機(jī)會(huì)？
陳華偉指出，生物制造屬于交叉學(xué)科，涉及的生物類學(xué)科包括醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、仿生學(xué)、生態(tài)學(xué)等，非生物類學(xué)科則包括機(jī)械、材料、物理、化學(xué)、信息和自動(dòng)化等等。
他建議創(chuàng)立“生物制造”新學(xué)科，加大學(xué)科交叉和協(xié)同創(chuàng)新的力度。
同時(shí)，陳華偉認(rèn)為還要加大產(chǎn)業(yè)調(diào)整和戰(zhàn)略投入力度，豐富生物制造裝備體系，拓展生物制造產(chǎn)品體系，以推動(dòng)生物制造這一新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“希望在2020年以后，生物和仿生制造產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)能成為先進(jìn)制造的一個(gè)重要領(lǐng)域，并在國民經(jīng)濟(jì)中占相當(dāng)?shù)谋戎亍?rdquo;陳華偉說。
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