仿生学的例子(8页).doc

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1、-仿生学的例子-第 7 页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。雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。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，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，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。苍蝇的嗅觉个性灵敏，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

2、含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。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，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把十分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；分析器一经发现气味物质的信号，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

3、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-神奇能量的秘密！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。但根据流动力学原理，这突起就应会妨碍前鳍的运动。根据他的研究，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。但费雪心中的大鱼是风力能源。他相信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

4、身上的条纹是为适应生存环境而衍化出来的保护色。在所有斑马中，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，以抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例子。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。科学家透过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。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御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的状况，提出利用蝴蝶的

5、色彩在花丛中不易被发现的道理，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然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，之后人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控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，随温度变化可调节窗的开合，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

6、难题。仿生学的例子（6）：甲虫与炮弹气步甲炮虫自卫时，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现甲虫体内有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，并迅速射出。这种原理已应用于军事技术中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，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

7、容器中，炮弹发射后隔膜破裂，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，安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿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，根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中。仿生学的例子（7）：苍蝇与平衡棒昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以必须的频率进行机械振动，能够调节翅膀的运动方向，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

8、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险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂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张高分辨率照片的蝇眼照相机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉个性灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根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，制成了十分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、生产的安全系数

9、更为准确、可靠。仿生学的例子（8）：蜂巢与偏振光导航仪沙发回目录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，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。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、人造卫星等的理想材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太阳准确定位。科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪，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？蛇怪

10、蜥蜴被称为耶稣基督蜥蜴是有原因的。它能在水上走，更正确地说是跑！比昆虫大很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，卡内基美隆大学的机械人学教授梅庭西用蛇怪蜥蜴做为不可思议的生物机械学的例子时，他突然想到是否能模仿相同的技巧制造一个机械人呢？这并不是一件简单的事。不但马达务必极端的轻，每次脚踩水的动作也务必完美。在几个月的工作后，西提和他的学生们最后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！当1964年日本建造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

11、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，他实验了不同的列车车头形状，他发现目前为止以像鱼狗喙的形状的最好。今日日本的高速列车长长的，像鸟嘴一般的车头的形状能够帮忙列车安静地快速驶离隧道。事实上，这样的设计让列车相较于之前的设计速度上快了百分之十，也节省了百分之十五的燃料。仿生学的例子（11）：蝙蝠魔杖-神奇！ 这个手杖利用回波测试法，跟蝙蝠用来探测环境的知觉系统相同。每秒它能够释放6万个超音波，并感应回弹的波长。当某些回来快一点，那意味着有某个物体在附近，此时手杖的把手就会震动。采用这个技术，不仅仅能够看见在地面

12、上的物体，如空罐子或消防栓，还能够侦测地面以上的物体，如低挂的号志和树枝。手杖的输入及回报系统是无声的，因此使用者能够同时听到周遭的所有声音。仿生学的例子（12）：鲨鱼皮-最新的导管热鲨鱼皮，千万年来一向有办法持续清洁.此刻借用鲨鱼皮，感染可能会绝迹。Sharklet公司生产一种由鲨鱼皮概念而产生的塑料覆盖物。目前正试用在医院里大多数人会摸到的物品表面，像是灯的开关、屏幕、把手。目前为止在防止细菌上似乎是成功的。Sharklet已经有了进一步的计划，他的下一个企划是替常常造成感染的导管做朔胶覆盖物。仿生学的例子（13）：鱼漂与潜水艇潜水艇潜水艇是怎能样发明的呢？为了让一种船既能在水面划，又能在

13、海底游，科学家观察到了鱼这种动物。鱼肚中有一种东西叫鱼鳔，里面装满了空气。在鱼想潜到水底时，将鱼鳔中的空气排出，浮力就立刻变小了，鱼可自由地沉下水面。而潜水艇中也有一种机器，里面也装满了空气，将空气一排出，潜水艇便能沉下水底。科学家是按这个原理制造的潜水艇。看，我们如今已经很高级的潜水艇，原先它们是利用鱼鳔原理而做的。是的，生活中若没有动物，人类将会失去很多发明的机会。能够说，动物对人类生活也有很大的帮忙。仿生学的例子（14）：青蛙与电子娃眼我从小爱迪生这本书中读到了“青蛙的眼睛”，小爱迪生上面说的是“青蛙的眼睛只能够看见动的东西”。我将信将疑，问了一下爸爸。爸爸说：“你还是做一个试验比较好。

14、”我点点头。首先，我先找来一只青蛙，这只青蛙蹲坐在报纸上，用它警惕的大眼睛盯着我的一举一动，好像警察监视罪犯一样。它身穿美丽的绿皮袄，好像一个贵妇人，仪态端庄。我先把事先拍死的苍蝇放到它面前。那只苍蝇好像在青蛙的眼里消失了，对这“嗟来之食”无动于衷。我拿出了小细线，将苍蝇留意翼翼地扎好，然后在它的眼前不停地摇晃。突然，青蛙的注意力不在我身上了，它目不转睛地盯着那只“会飞”的苍蝇。没过一会儿，只听“扑”的一声，青蛙伸出了它长长的、粉红色的舌头，轻轻一卷，便把苍蝇卷进了肚子里。这次实验证明了：青蛙的眼睛只能够看见动的东西，看不见不会动的东西。于是，科学家们便透过青蛙的眼睛发明了“电子蛙眼”！仿生学

15、的例子（15）：蜻蜓与平衡重锤蜻蜒透过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，井利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时。此外，蜻蜒的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。仿生学的例子（16）：人工冷光自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很

16、少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，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，有许多生物都能发光，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1500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仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明

17、层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都内含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与下，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年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，之后又分离出了荧光酶，之后，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，可在充满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，因而能够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

18、到类似生物光的冷光，作为安全照明用。仿生学的例子（17）：电鱼与伏特电池自然界中有许多生物都能产生电，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”。各种电鱼放电的本领各不相同。放电潜力最强的是电鳐、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。电鱼放电的奥秘究竟在哪里经过对电鱼的解剖研究，最后发此刻电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器官是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼

19、的种类不同，所以发电器的形状、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弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。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。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的，所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的

20、解决。仿生学的例子（18）：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？”人们肯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？原先，在蓝色的海洋上，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告。这种次声波，人耳是听不到的，而对水母来说却是易如反掌。科学家经过研究发现，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测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。仿生学

21、的例子（19）：失重现象长颈鹿之所以能将血液透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，长颈鹿血管周围的肌肉十分发达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员对，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器械每一天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，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

22、服能够充入必须量的气体，从而对血管产生必须的压力，使宇航员的血压持续正常。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，这样能够减小宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。仿生学的例子（20）：蛋壳与薄壳建筑蛋壳呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。仿生学的例子（21）：大嘴-出奇的轻！大嘴鸟的嘴这么大这么厚，就应重到它掉下来。但是大嘴鸟到处飞。那是因为它的嘴是一个令人惊奇的设计。它的嘴硬

23、的能够咬破最硬的水果壳，强壮的能够成为攻击其它鸟的武器。然而大嘴鸟嘴的密度大约就像宝丽龙碗一样而已。马克梅尔，加州大学圣地亚哥分校的工程学教授，研究为何大嘴鸟的嘴能够如此轻。第一眼看来，它像脚踏车的安全帽一样，是泡棉用硬壳包起来。但梅尔发现这泡棉是由细小的支架和薄膜构成。支架本身是结实的骨头，但它们以必须的间隔排列着，使得整个嘴的密度只有水的1/8。梅尔想能够复制大嘴鸟的嘴来做出既强壮、轻又安全的汽车仪表板。仿生学的例子（22）：保命装死吧！复苏性植物和水熊-大自然生物最韧命的两个典范。这两个微生物存活的秘密在于深度冬眠。它们将身体内所有的水换成变成玻璃的醣，这将导致假死状态。尽管这个程序无法

24、用来维持人类（如果将我们身体里的水分用醣来代替会导致死亡），但是能够用来保存疫苗。世界卫生组织估计每年会有2百万儿童死于能够以疫苗预防的疾病，例如白喉、破伤风、百日咳。因为疫苗里的活物质在炙热的温度中很快就会死亡，要安全的运输他们到需要的人手中是一件困难的事。这是他们发明了醣保存法，将疫苗里的活物质硬化成极小的玻璃珠，让疫苗能在闷热的气候中存活超过一个礼拜。仿生学的例子（23）：龙虾的眼睛-仔细看喔！X光机体积这么他大是有道理的。不像其它可见光，x光不会转弯，所以不好操作。在机场和医疗院所我们能够扫描袋子或人的唯一方法是同时将超多的射线打在标的物上，因此需要巨大的设备。但是龙虾栖息于海平面30

25、0英尺下的昏暗的水中，它的X光视力比任何我们的设备都好。不像人类的眼睛看到的反射影像务必经过大脑的转译，龙虾看到直接的反射所集合构成的影像，它能够只聚焦在单一点上。科学家已经找到如何复制这个窍门的方法来制造新的x光机。龙虾眼x光机像一个手拿式的闪光灯，能够透视3寸厚的铁墙。它会发射一小串低功率的x光线透过标的物，少数射线在遇到另一端的其它东西时会反射回来。仿生学的例子（24）：树蜂-钻洞它最瞭!别被树蜂尾巴拿两根像鞭子一样的针吓到。那是钻嘴，不是毒刺。树蜂使用这些有时候比身体还长的针钻进他们下幼虫的树，英格兰巴斯大学的天文学家认为树蜂的钻子在太空中能够发挥作用。科学家很早就明白要在火星上找出生

26、物来，可能务必做挖掘的动作，但是没有足够的引力，他们不确定如何才能够有足够的压力来钻勘火星坚硬的地表。从树蜂得到灵感，研究人员设计了一种在尾端带刃的锯子，那会产生反作用力，像树蜂的针一样。理论上来说，这个装置也能够应用在流星表面，因为流星也不具任何引力。仿生学的例子（25）：神奇的马勃菌海绵-神气呢！橘色的马勃菌海绵本身没什么看头，它基本上就是一个栖息在海床上的海绵球。它没有肢体、没有器官、消化系统、循环系统都没有，就是整天坐在那儿，滤着水。然而这个不出风头的生物，可能是下一个科技革命的催化剂。丹尼尔摩斯，加州大学圣塔芭芭拉分校的生物学教授，研究的是海绵用的效素法，并于2006年成功复制。他已经使用干凈有效的海绵使用的技术制造许多电极。目前，有几家公司正投入数百万美元成立联盟要商业化类似的产品。在几年后，如果太阳能面板突然出此刻美洲的每一个屋顶上，微芯片只要几个钱的时候，别忘了感谢这小小的橘色马勃菌海绵，是它开始了这一切。