人类的生物工程包括发酵工程、酶工程、医学工程、农业工程、细胞工程、基因工程、仿生技术等等。凡是以有生命物质作为手段来影响或改变无生命现象，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生物工程范畴之内。
人类对生物的研究和利用成果越来越多，本章通过讲述一些重要的、有趣的生物工程案例和故事，来让读者认识到生物工程在我们生活中的重要性和发展前景。遨游太空的人造卫星，当受到阳光强烈照射时，卫星温度会高达200摄氏度；而在阴影区域，卫星温度会下降至零下200摄氏度左右，严重影响了卫星上的精密仪器仪表的正常使用，这一问题曾使航天科学家伤透了脑筋。
蝴蝶的鳞片
航天科学家们通过仔细研究，从蝴蝶身上受到启迪，逐步解决了这个问题。蝴蝶和人造卫星的温控系统有什么联系那？原来，蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片，这些鳞片具有良好的调节体温的作用。每当气温上升、阳光直射时，蝴蝶身上的鳞片自动张开，以减少阳光的照射角度，从而减少对阳光热能的吸收；当外界气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而把体温控制在正常范围之内。
从表面上看，蝴蝶的翅膀好似一点点细小的粉末构成的色彩。如果把蝴蝶的翅膀放到显微镜下看，就会看到这些粉末状的物质其实是一片一片的“瓦”，像鱼鳞一样，密密麻麻地排列在蝴蝶翅膀的上下两面，这就是蝴蝶的“鳞片”。
更重要的是，蝴蝶的鳞片是它的热转换器，能吸收和散发热量，维持正常的体温，是蝴蝶调节自身气温的保护伞。
这样，即便气温变化很大，蝴蝶依然能够把自己的体温控制在一个正常的范围内。小小的蝴蝶翅膀竟然有着如此巧妙绝伦的构造，这不能不说是大自然的杰作。
卫星的温控原理
科学家经过研究和不断的改进，为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统，彻底解决了这一问题。
最终，蝴蝶的鳞片让科学家获取了灵感，他们设计了一种与蝴蝶鳞片相似的控温系统。这种系统的外形类似于百叶窗，每个叶片都是两面的。这两面的辐射、散热的能力并不一样，一面很大，一面很小。
“百叶窗”的转动部分由一种极为灵敏的热胀冷缩的金属丝控制。当温度上升时，金属丝受热膨胀，叶片就会张开，类似蝴蝶鳞片自动张开一样。张开的叶片把辐射、散热能力强的一面转向太阳，起到散热降温的作用；反之，如果温度下降，金属丝就会冷缩，叶片也随之收缩，把辐射、散热能力小的一面转向太阳，起到保温的作用。
这样，人造卫星再也不会暴冷暴热了，从而保护了它内部的仪器不受损伤。人类受到鸟类的启发，很早就有飞天的梦想，而这一梦想的实现，就得益于飞机的发明与制造。如今，飞机已经广泛应用于我们人类的日常生活之中。
人类最早的仿生飞行器
根据文献记载，人类最早制造飞行器的应该是春秋时期的墨子。《列子·汤问》一书中说：“夫班输之云梯，墨翟之飞鸢，自谓能之极也。”
传说墨子经过长时间观察鸟类飞翔现象，看到雄鹰在山川平原之上、蓝天大地之间展翅翱翔时，翼翅平稳，两翅极少振动，好像高悬空中一样。墨子回到家里以后就用木头、竹子、纤维布帛制成木鸢，在山上借风力张扬到空中放飞，人们把它叫做竹鸢、飞鸢。经过后人长时间的不断改进，成为现在人们常见的风筝。这不仅可在中国历史上，也可以被看作是整个人类历史上探索天空世界的先导。
到了中世纪，有一位阿拉伯人菲玛斯，他是一位诗人、音乐家、工程师，他模仿飞鸟的翅膀用木架钉上宽布作两翼，从一个清真寺的塔上滑翔而下，他轻轻落下，只受到一点擦伤。他感到飞行时间太短，飞行距离太近，接着又继续研究。在他70岁那年，菲玛斯用丝绸和老鹰羽毛制作新翼，从一座山峡再次试飞，在空中飘浮长达十分钟。他根据飞行的感受写下了记录，认为尾部缺少风向控制。但他的名字载入世界科学史册，现代的巴格达国际机场就以他的名字命名。
人类的不断探索
随着时间的推移，科技的不断进步，人类的追求的梦想也越来越高，人们希望自己有一对鸟儿的双翅，使自己也能飞翔在空中。意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，仔细研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。终于设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。
公元1800年，气体动力学创始人之一的英国科学家凯利，曾深入地研究过飞行动物的形态，终于寻找最具流线型的结构。他模仿鸟翼设计了一种机翼曲线，与现代飞机机翼截面曲线几乎完全相同。法国生理学家马雷曾写过一本研究鸟类飞行的《动物的机器》的书，介绍了鸟的体重与翅膀负荷的知识。后来，俄国科学家茹可夫斯基在研究鸟类飞行的基础上，提出了航空动力学的理论，正是通过对鸟类的一系列的研究，终于找到了人类上天的关键所在。1903年，美国莱特兄弟终于发明了飞机，实现了人类梦寐以求的飞上天空的愿望。
莱特兄弟发明的飞机
1896年，莱特兄弟对飞机的研究已经好几年了，在这一年，德国航空先驱李林达尔在一次滑翔飞行中不幸遇难，消息传来，莱特兄弟感到十分的痛心。兄弟两人在对李林达尔的失败进行了详细的总结，熟悉机械装置的莱特兄弟认为，人类进行动力飞行的基础实际上已足够成熟，李林达尔的问题在于他还没有来得及发现操纵飞机的诀窍。莱特兄弟满怀激情地又投入了对动力飞行的钻研。
莱特兄弟不仅努力借鉴前人的研究成果，而且十分注意直接向活生生的飞行物——鸟类学习。他们常常仰面朝天躺在草地上，一连几个小时仔细观察飞在空中的雄鹰的飞行，脑海里研究和思索鹰的起飞、升降和盘旋的机理。通过不断的努力和改进，1903年莱特兄弟发明的“飞行者1号”飞上了天空，使人类实现了飞上天空的梦想。
蜻蜓身上找到答案
自从莱特兄弟发明飞机以后，由于技术的不断改进，不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。
颤振是弹性体在气流中发生的不稳定振动现象。弹性结构在均匀气流中受到空气动力、弹性力和惯性力的耦合作用而发生的大幅度振动。它可使飞行器结构破坏。飞机的飞行速度越快，机翼的振辐越来越大，最终将机翼折断，造成机毁人亡。怎么办那？
设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。
这是什么原理那？设计师们在在蜻蜓身上找到答案，原来蜻蜓的每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害。
假如设计师们要是早一些向昆虫学习翼眼的功能，获得有益于解决颤振的设计思想，就可似避免长期的探索和人员的牺牲了。
人们根据鱼类的沉浮原理成功地制造了潜水艇，这种能在水下作战的舰艇在历次海战中都显示其战斗力，它能下潜至离水面深达500米的水域，具有良好的隐蔽性和续航力。潜水艇能从水下袭击水面舰船和岸上目标，也能作侦察、布雷和运输等。
潜水艇上浮下潜与仿生学
建造潜艇，首先要解决如何下潜和上浮两道难题。为了解决这两道难题，人们开始向生物请教。后来，人们经过长时间观察和研究，发现僧帽水母具有充气的“浮鳔”，可以根据感觉细胞的控制充入足量的气体，使水母浮于水面。乌贼也是靠改变体内水的密度实现沉浮，它的浮室──海鳔鞘的孔隙里的水和气体，是按其游泳水深所需要的比例混合起来的。而鱼类是靠精巧的鱼鳔充气和排气实现沉浮。人们从这些水生物沉浮机制中得到启示。
1620年，荷兰物理学家德雷尔成功制造出了一艘潜水船。整个船体像一个木柜，体内装有作为压缩水舱使用的羊皮囊，下潜时往羊皮囊中注水，上浮时则将羊皮囊中的水挤出。船体造型是模仿鳟鱼等鱼类，呈狭长流线型，以减少水的阻力。这艘潜水船装有从船内伸出的多根木浆，船内人员只要划动木浆，便会在水下运动，它最多可载12名水手，能够潜入水中3~5米的深度。
德雷尔是根据阿基米德浮力原理来制造这艘潜艇的。潜艇的体积是固定的，受到的浮力也是固定的，所以潜水艇要能够潜入水中，就需要借助潜水艇上“水舱”的舱体内的水。当潜水艇需要下沉时，就打开阀门，让海水注入水舱，使潜艇重量逐渐增加而渐渐下沉。当需要让潜水艇处于水中某一深度行进时，只需让水舱注入适当量的海水就行了。如果需要潜水艇上浮，就用机器把大量压缩空气注入水舱，排出舱中海水，减轻艇的重量，潜水艇就会迅速浮出水面。
潜艇的其他仿生学原理
德雷尔的潜水船可以说是现代潜艇的雏形。
19世纪人们发明了潜艇。最初由于艇体结构不够科学，受水的阻力大，速度慢，功率低。后来，人们模仿海豚、鲸和鱼的体形结构，改进潜艇的设计。人们发现，海豚的游泳速度有70公里/小时。当它受到惊扰或者追捕其他动物时，速度可高达100公里/小时。人造潜艇要耗去90%的推动力克服海洋湍流阻力，而海豚只凭借流线形身体就能够以每秒13米的速度冲刺，轻而易举地在水中畅游。
科研人员经过进一步研究，发现海豚的皮肤外面的表皮薄而富有弹性，里面的真皮象海绵一样，上面有许多突起的地方，里面充满着液体。这种皮肤结构，就象一个很好的“消振器”，能减弱身体液流的振动，防止湍流产生。同时，海豚皮肤有疏水性能，能使与皮肤接触的表面的水分子集合成无数环形结构。于是，水在皮肤表面的运动就变得象球状轴承的滚动，使摩擦力减到最小程度。当海豚运动速度很大时，涡流已不能靠皮肤的消振和疏水性去消除时，皮下肌肉就作波浪式运动。于是，沿海豚身体表面“奔跑”的波浪就消除了因高速运动而产生的漩涡，减少了阻力，使海豚能飞速前进。
人们仿照海豚的体形轮廓和身体各部位比例，建造了一艘新式潜艇，航速提高了25%。二战后，美国海军研究部门找到一种接近海豚皮肤的人造材料，模仿海豚真皮层功能，仿制的“人工海豚皮”用于潜艇表面，还模仿鲇鱼表面分泌的粘液，制成高分子化合物，用来涂在舰艇、船壳上，可减少阻力50%，使潜艇的航速成倍提高。
猫头鹰的视觉敏锐，在漆黑的夜晚，能见度比人高出一百倍以上。猫头鹰绝大多数是夜行性动物，昼伏夜出。白天隐匿于树丛岩穴等不易见到的地方，等到夜幕降临后开始活动。人类的夜视仪就是受到猫头鹰夜视特性的启发研制的。
猫头鹰的分布
猫头鹰是现存鸟类种在全世界分布最广的鸟类之一。除了北极地区以外、世界各地都可以见到猫头鹰的踪影。猫头鹰完全依靠捕捉活的动物为食。猫头鹰眼睛四周羽毛呈放射状，形成所谓“面盘”。嘴和爪都弯曲呈钩状。周身羽毛大多为褐色，散缀细斑，稠密而松软，飞行时无声。夜间和黄昏活动，主食鼠类，有时也捕食小鸟或大型昆虫。
全世界的猫头鹰一共有133种，在我国南方有一种猫头鹰非常近似于仓鸮，它就是草鸮.草鸮的脸型很像猴子，因而很多人叫它猴面鹰。草鸮经常出没于坟场墓地，飞行时飘忽不定，鸣叫声尖利刺耳，常令人联想起墓地里游荡的野鬼孤魂。实际上，草鸮之所以在坟地出没，是由于那里有丰富的野鼠可供它们捕食。
猫头鹰的特点
独特的羽毛设计使夜行猫头鹰成为世界上最安静的飞行鸟，对于它们的猎物来说有时甚至是无声的。它的双眼不像其他鸟类那样生在头部两侧，而是长在正前方。猫头鹰的大眼睛只能超前看，要向两边看的时候，就必须转动它的头。猫头鹰的脖子又长又柔软，能转动270度。
猫头鹰的眼睛
猫头鹰是在夜里飞行的，还能捕捉老鼠，而且无论怎么飞，从来没跟什么东西相撞。难道猫头鹰像蝙蝠一样会发出超声波。
为了弄清楚这个问题，鸟类学家们做了一个实验，把一种猫头鹰放在全黑的房间里，用红外摄影设备观察猫头鹰的捕鼠活动。室内除了地面上撒了一些碎纸条外，没有任何东西。从实验结果看来，只要老鼠一踏响地面的碎纸，猫头鹰就能快速、准确地抓获它。
原来，猫头鹰有一双与人眼感觉细胞不同的眼睛。视网膜的感觉细胞分为圆锥细胞和圆柱细胞两种类型。人眼长的是圆锥细胞，它需要较强的光刺激才能看清物体，因此人眼只能在白天看清东西，而猫头鹰眼是圆柱细胞，在较弱的光线下就能看清物体，因此它们能在夜间捕食。另外猫头鹰的听觉也十分灵敏，在伸手不见五指的黑暗环境中，听觉起主要的定位作用。猫头鹰的左右耳是不对称的，左耳道明显比右耳道宽阔，而且左耳有很发达的耳鼓，因此猫头鹰的听觉神经很发达。当一只猫头鹰在黑暗的环境中搜索猎物时，它对声音的第一个反应是转头，如同我们在听微小响动时侧耳倾听一样；但是猫头鹰并不是真正地侧耳倾听，它转头的作用是使声波传到左右耳的时间产生差异，当这种时间增加到30微秒以上是，猫头鹰即可以准确分辨声源的方向。
夜视仪的仿生学
研究人员根据猫头鹰眼睛的特点，研究出夜视仪。
夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。
微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己。微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好、造价低，因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备的主要装备。
夜视仪的作用。
夜视仪的作用及用途
红外线视仪可以帮助人们在夜间进行观察、搜索、瞄准和驾驶车辆。尽管人们很早就发现了红外线，但受到红外元器件的限制，红外遥感技术发展很缓慢。
