仿生学的例子.docx
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1、仿生学的例子 某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。我细心为大家整理了,希望对你有帮助。 仿生学的例子振动陀螺仪令人厌烦的苍蝇,与雄伟的航天事业好像风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的逐臭之夫,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特殊灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有鼻子,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的鼻子嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个鼻子只有一个鼻孔与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入鼻孔,这些神经马上把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大
2、脑依据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区分出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发,依据苍蝇嗅觉器官的结构和功能,仿制成一种非常奇妙的小型气体分析仪。这种仪器的探头不是金属,而是活的苍蝇。就是把特别纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发觉气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。另外苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是
3、个自然导航仪,人们仿照它制成了振动陀螺仪。这种仪器已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶。蝙蝠与雷达蝙蝠会释放出一种超声波,这种声波遇见物体时就会反弹回来,而人类听不见。雷达就是依据蝙蝠的这种特性独创出来的。在各种地方都会用到雷达,例如:飞机、航空等。从萤火虫到人工冷光从萤火虫到人工冷光人工冷光自从人类独创了电灯,生活变得便利、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式奢侈掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。在自然界中,有很多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且
4、这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为冷光。在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔软,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类志向的光。科学家探讨发觉,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透亮层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参加下,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。早在40年头,人们依据对萤火虫的探讨,创
5、建了日光灯,使人类的照明光源发生了很大改变。科学家先是从萤火虫的发光器中分别出了纯荧光素,后来又分别出了荧光酶,接着,又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充溢爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源,不会产生磁场,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为平安照明用。电鱼与伏特电池自然界中有很多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼,统称为电鱼。各种电鱼放电的本事各不相同。放电实力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的
6、电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压,有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。电鱼放电的奇妙原委在哪里?经过对电鱼的解剖探讨, 最终发觉在电鱼体内有一种奇妙的发电器官。这些发电器官是由很多叫电板或电盘的半透亮的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形态、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形,位于尾部脊椎两侧的肌肉中;电鳐的发电器形似扁平的肾脏,排列在身体中线两侧,共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微
7、弱,但由于电板许多,产生的电压就很大了。电鱼这种非凡的本事,引起了人们极大的爱好。19世纪初,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏特电池。因为这种电池是依据电鱼的自然发电器设计的,所以把它叫做人造电器官。对电鱼的探讨,还给人们这样的启示:假如能胜利地仿照电鱼的发电器官,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。水母的顺风耳在自然界中,水母,早在5亿多年前,它们就已经在海水里生活了。但是,水母跟顺风耳又有什么关系呢?人们确定会问这样一个问题。因为,水母在风暴来临之前,就会成群结队地游向大海,就预示风暴即将来临。但是,这又与顺风耳有什么关系呢?原来,在蓝色的海洋上
8、,由空气和波浪摩擦而产生的次声波(频率为813赫兹),是风暴来临之前的预报。这种次声波,人耳是听不到的,而对水母来说却是易如反掌。科学家经过探讨发觉,水母的耳朵里长着一个细柄,柄上有个小球,球内有块小小的听石。科学家仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预料仪,相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。失重现象长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部,是由于长颈鹿的血压很高。据测定,长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会导致长颈鹿患脑溢血而死亡呢?这和长颈鹿身体的结构有关。首先,长颈鹿血管四周的肌肉特别发达,能压缩血管,限制血流量;同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧
9、,利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示,在训练宇航员时,设置一种特别器械,让宇航员利用这种器械每天熬炼几小时,以防止宇航员血管四周肌肉退化;在宇宙飞船升空时,科学家依据长颈鹿利用紧绷的皮肤可限制血管压力的原理,研制了飞行服抗荷服。抗荷服上安有充气装置,随着飞船速度的增高,抗荷服可以充入肯定量的气体,从而对血管产生肯定的压力,使宇航员的血压保持正常。同时,宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的,这样可以减小宇航员腿部的血压,利于身体上部的血液向下肢输送。蛋壳与薄壳建筑蛋壳呈拱形,跨度大,包括很多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度,但运用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家仿照它进行了薄壳
10、建筑设计。这类建筑有很多优点:用料少,跨度大,坚实耐用。薄壳建筑也并非都是拱形,闻名遐迩的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。结构构件对于构件,在截面面积相同的状况下,把材料尽可能放到远离中和轴的位置上,是有效的截面形态。好玩的是,在自然界很多动植物的组织中也体现了这个结论。例如:疾风知劲草,很多能承受狂风的植物的茎部是维管状结构,其截面是空心的。支持人承重和运动的骨骼,其截面上密实的骨质分布在四周,而松软的骨髓充溢内腔。在建筑结构中常被采纳的空心楼板、箱形大梁、工形截面钣梁以及折板结构、空间薄壁结构等都是依据这条结论得来的。斑马斑马生活在非洲大陆,外形与一般的马没有什么两样,它们身上的条纹是为适应
11、生存环境而衍化出来的爱护色。在全部斑马中,细斑马长得最大最美。它的肩高140-160厘米,耳朵又圆又大,条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共处,以抵挡天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很胜利仿生学例子。仿生学的例子仿生学的例子(1):蝙蝠与雷达蝙蝠会释放出一种超声波,这种声波遇见物体时就会反弹回来,而人类听不见。雷达就是依据蝙蝠的这种特性独创出来的。在各种地方都会用到雷达,例如:飞机、航空等。仿生学的例子(2):苍蝇与小型气体分析仪令人厌恶的苍蝇,与雄伟的航天事业好像风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。由整理苍蝇是声名狼藉的逐臭之夫,凡是腥臭污秽的地
12、方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特性灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有鼻子,它靠什么来充当嗅觉的呢原先,苍蝇的鼻子嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个鼻子只有一个鼻孔与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入鼻孔,这些神经马上把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑依据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区分出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发,依据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成一种非常奇妙的小型气体分析仪。这种仪器的探头不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放
13、大后,送给分析器;分析器一经发觉气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改善计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。仿生学的例子(3):鲸的前鳍-奇妙能量的隐私!座头鲸前侧有垒球般大突起的前鳍,能够划过水面,让它悠游在海洋里。但依据流淌力学原理,这突起就应会阻碍前鳍的运动。依据他的探讨,费雪为风扇设计具突出边缘的叶片,叶片划过空气的效率比一般标准的风扇高百分20。他成立一家叫鲸鱼能量的公司来生产他的产品,很快地会将这项节能的技术授权给世界各地的公司工厂。但费
14、雪心中的大鱼是风力能源。他信任只要加一些结节在涡轮机的叶片上将会改善整个产业,使得风力的价值更胜以往。仿生学的例子(4):斑马与斑马线斑马生活在非洲大陆,外形与一般的马没有什么两样,它们身上的条纹是为适应生存环境而衍化出来的爱护色。在全部斑马中,细斑马长得最大最美。它的肩高140-160厘米,耳朵又圆又大,条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共处,以抵挡天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很胜利仿生学例子。仿生学的例子(5):蝴蝶与人造卫星五彩的蝴蝶锦色粲然,如重月纹凤蝶,褐脉金斑蝶等,尤其是萤光翼凤蝶,其后翅在阳光下时而金黄,时而翠绿,有时还由紫变蓝。科学家透过对
15、蝴蝶色调的探讨,为军事防卫带来了极大的裨益。在二战期间,德军包围了列宁格勒,企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防卫设施。苏联昆虫学家施万维奇依据当时人们对伪装缺乏相识的状况,提出利用蝴蝶的色调在花丛中不易被发觉的道理,在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此,尽管德军费尽心机,但列宁格勒的军事基地仍安稳无恙,为赢得最终的成功奠定了坚实的基础。依据同样的原理,之后人们还生产出了迷彩服,大大削减了战斗中的伤亡。人造卫星在太空中由于位置的不断改变可引起温度隧然改变,有时温差可高达两、三百度,严峻影响很多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照耀方向自动变换角度而调整体温的启发,将人造卫星的控
16、温系统制成了叶片正反两面辐射、散热潜力相差很大的百叶窗样式,在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝,随温度改变可调整窗的开合,从而持续了人造卫星内部温度的恒定,解决了航天事业中的一大难题。仿生学的例子(6):甲虫与炮弹气步甲炮虫防卫时,可喷射出具有恶臭的高温液体炮弹,以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发觉甲虫体内有3个小室,分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应,瞬间就成为100的毒液,并快速射出。这种原理已应用于军事技术中。二战期间,德国纳粹为了斗争的须要,据此机理制造出了一种功率极大且性能平安牢靠的新型发动机,安装在飞航式导弹上,使
17、之飞行速度加快,平安稳定,命中率提高,英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中,炮弹放射后隔膜裂开,两种毒剂中间体在弹体飞行的810秒内混合并发生反应,在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输,平安且不易失效。萤火虫可将化学能干脆转变成光能,且转化效率达100%,而一般电灯的发光效率只有6%。人们仿照萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍,大大节约了能量。另外,依据甲虫的视动反应机制研制胜利的空对地速度计已胜利地应用于航空事业中。仿生学的例子(7)
18、:苍蝇与平衡棒昆虫学家探讨发觉,苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时,平衡棒以必需的频率进行机械振动,能够调整翅膀的运动方向,是持续苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪振动陀螺仪,大大改善了飞机的飞行性能llj,可使飞机自动停止危急的滚翻飞行,在机体剧烈倾斜时还能自动复原平衡,即使是飞机在最困难的急转弯时也万无一失。苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼,能看清几乎360。范围内的物体。在蝇眼的启示下,人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高辨别率照片的蝇眼照相机,在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特性灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可马上
19、作出反应。科学家依据苍蝇嗅觉器官的结构,把各种化学反应转变成电脉冲的方式,制成了非常灵敏的小型气体分析仪,已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分,使科研、生产的平安系数更为精确、牢靠。仿生学的例子(8):蜂巢与偏振光导航仪沙发回书目蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成,每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成,这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109。28’,锐角70。32’完全相同,是最节约材料的结构,且容量大、极坚实,令很多专家赞美不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板,强度大、重量轻、不易传导声和热,是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、
20、人造卫星等的志向材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向非常敏感的偏振片,可利用太阳精确定位。科学家据此原理研制胜利了偏振光导航仪,早已广泛用于航海事业中。仿生学的例子(9):机械蛇怪蜥蜴能干吗?10项鲜为人知的仿生学案例-博闻网明白就好-博闻网-网易探究博客蛇怪蜥蜴被称为耶稣基督蜥蜴是有缘由的。它能在水上走,更正确地说是跑!比昆虫大许多的蛇怪蜥蜴之所以能够停留在水上靠的是它的脚以正确的角度像骑脚踏车般的踩动着。所以身体能够高出水面,往前快跑。2003年,卡内基美隆高校的机械人学教授梅庭西用蛇怪蜥蜴做为不行思议的生物机械学的例子时,他突然想到是否能仿照相同的技巧制造一个机械人呢?这并
21、不是一件简洁的事。不但马达务必极端的轻,每次脚踩水的动作也务必完备。在几个月的工作后,西提和他的学生们最终能够做出第一个能走在水面上的机械人了。仿生学的例子(10):火车整了形-因为鸟!10项鲜为人知的仿生学案例-博闻网明白就好-博闻网-网易探究博客当1964年日本建立第一部日本新干线子弹列车的时候,它能够以每小时120公里快速行驶。但这么快有一个恼人的副作用:每当列车高速行驶于隧道时,会产生轰隆隆的声音。当工程师兼鸟类爱好者EijiNakatsu加入后,他试验了不同的列车车头形态,他发觉目前为止以像鱼狗喙的形态的最好。今日日本的高速列车长长的,像鸟嘴一般的车头的形态能够帮忙列车宁静地快速驶离
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