仿生学是20世纪生物科学与技术科学快速发展中产生的一门新兴交叉学科，是沟通各学科、行业的桥梁。从天空翱翔的飞机、地上飞驰的高铁和水中巡航的潜艇，到“万里眼”雷达、“可再生”人体器官，无一不涉及仿生学。中国科学院中国现代化研究中心指出，正在进行的科技革命是一次“创生和再生革命”，具体包括仿生、创生、再生的“三生”技术革命。中科院院士路甬祥认为，随着人们对生态环境关心的日益迫切，必将引发过程仿生学、能源仿生学等发展。当能源行业遇上“谜”一样的仿生学，一场前景无限的技术革命正在悄然进行。
石油行业：生产难题驱动仿生实践
仿生学作为前沿领域，研究成果大多属于探索类，注重理论性和超前性，而石油作为传统能源应用行业，以现场需求为驱动力，更加注重科研成果的实用性和推广性。在科研实践中，仿生学以满足生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地进行了单元仿生或多元耦合仿生研究，从而逐渐衍生出了特色鲜明的“石油工程仿生学”。
“石油工程仿生学”借鉴生物系统的结构、原理、功能等特征，有针对性地发掘石油工程的仿生创新源头，为石油工程技术难题提供解决方案。它的研究过程分为生物原型阶段、数学模型阶段和工程实现阶段三个阶段，即首先研究生物某种功能的实现机制和结构特点；然后研究并简化其结构，抽象出物理模型，进而建立数学模型；最后采用技术手段，制备实物模型，实现对生物系统的工程模拟。
仿生学在石油工程中的研究应用主要有两种类型：“需求驱动型”是在石油工业的科研和生产实践中提出技术问题或功能需求，有针对性地寻找并借鉴生物的同类或相似功能，经过可行性研究后开展仿生学三阶段研究工作；“源头驱动型”则是通过加强与世界仿生学研究机构之间的交流与合作，密切关注仿生学或生命科学研究的最新成果，找准其与石油工业技术需求的结合点，开展应用研究。2009年，中国石油勘探开发研究院成立了中国第一个石油工程仿生研究部门，致力于开展仿生学在石油工程中的应用研究。
目前，仿生学在国内外石油工程现场应用案例中都取得实质性进展，在钻井、管道、井筒、油藏等领域产生了一些研究成果，有效解决了井壁失稳、钻头性能欠佳、海底管道悬空、管道自修复、疏松砂岩油藏防砂治理、油藏动态监控等行业难题，促进了石油工程与仿生学的全面结合。实践证明，仿生学可以为石油工业的发展与创新提供更可靠、更灵活、更高效、更经济的技术系统。
材料仿生、表面仿生、信息仿生、工程仿生是目前“石油工程仿生学”的四个主要研究方向，涵盖了石油工业的绝大多数生产需求。其中，“仿生井”概念则是未来石油工程仿生发展的集中体现，代表了未来石油工程仿生研究成果的高度融合。在此概念下，未来的油井可能会像植物一样“生长”，像植物寻找土壤中湿润的地方一样寻找油气，一旦钻好垂直井(种植井)后，井将会“按自己的方式生长”。一个智能的分支会延伸到一块含油区域，一旦该区域水淹后，就将这个分支“砍掉”，并在另一个含油区域“长出”另一个分支，如此反复。
新能源行业：“包容”催生无限可能
利用仿生学向自然界索取答案是新能源发展的一条绝佳路径。相对传统能源行业要求以最快速度解决生产难题的“苛刻”，新能源行业的前瞻性和开放性，可以给仿生学更多的“包容”，仿生技术和新能源结合催生着无限的发展可能。
在几十亿年内，太阳能是取之不竭、用之不尽的理想能源。目前，太阳能利用的主要手段是发电，但是太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，成为太阳能普及的最大阻碍。为此，麻省理工学院的科学家通过仿生向日葵朝向太阳的机制，重新排列集中式太阳能发电场的阳光反射装置，得出了一种占地面积小20%的排列方法，在这项仿生技术的帮助下，太阳能发电效率明显提高。
人工模拟光合作用，将太阳能转化为燃料的时间从亿万年压缩到瞬间，是太阳能利用最有潜力的发展方向。如果这项技术研制成功，人类就可得到一种永不衰竭的新能源，世界各国的仿生科学家正在对此进行探索。2014年，美国亚利桑那州立大学科学家和阿尔贡国家实验室合作，开发出一种仿生电子“继电器”，大大提高了人造树叶的反应速度，在廉价高效地利用太阳能把水转化为氢气和氧气方面迈出了重要一步。2016年，美国哈佛大学的研究小组开发出一种人工仿生叶，据称该装置能“吃”进二氧化碳产出生物乙醇，效率比自然光合作用高出10倍。
风电是新能源增长最快的行业之一。资料显示，2016年丹麦、乌拉圭、葡萄牙、爱尔兰等国家风电在电力需求中所占的比例都超过了20%，而“仿生兽”正在为风能利用提供更为强大的动力。
其中，西门子的科学家从灭绝已久的恐龙那里获得灵感，探索出了提升风力发电机叶片效率的新方法。研究人员仿生剑龙背部开发了能减少气流扰动的原型产品，能将风电效率提升1.5%。中国沈阳航空航天大学的研究团队，通过仿生鸟扑翼飞行的过程，设计出一种风电装置，很好解决了传统风电设备因尖速比较大产生的诸多问题，将空间利用率提高21.5%，并提高了风能利用效率。
艰难跨越：从“形似”到“神似”
目前，仿生学虽然已经在能源行业领域取得了不少研究成果，但仿生学与能源行业结合依然只是“星星之火”，大多数成果还是“形似”仿生(注重功能实现)，而不强调“神似”(机理相似)。
此外，现有的诸多仿生学研究成果多局限在实验室环境，工业应用转化仍处于初级阶段。由于生物系统的复杂性，搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期，而解决实际问题则需要多学科长时间的密切协作。从“形似”到“神似”，能源行业与仿生学的结合，还需要艰难的跨越。
然而，自然界中的生物经过亿万年的进化和优胜劣汰，已造就了近乎完美的结构、形态和功能，当能源行业遇上仿生学，各种技术思想和发明创造就拥有了不竭的灵感源泉，必将衍生出更多令人眼花缭乱的“黑科技”。通过对生物体结构和形态的研究，未来的建筑、产品正在改变模样，能源高效开采、利用、可再生不再虚无缥缈，地球正在从“城市”这个人造物理环境中重新回归“自然”。
