登陆注册
28668300000006

第6章 人类发明创造中的仿生学

在自然界中,昆虫虽然体积小,但它种类和数量繁多,占现存动物的75%以上,遍布天涯各个角落。它们有不同的生存绝技,有些技能连人类也叹为观止。人类对自然资源的利用范围越来越广泛,特别是仿生学方面的任何成就,都来自生物的某种特性。

一、化蝶

蝴蝶的世界缤纷多彩,如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等,尤其是荧光翼凤蝶,其后翅在阳光下时而金黄,时而翠绿,有时还由紫变蓝。科学家通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。前苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况,提出利用蝴蝶的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,后来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200℃~300℃,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、散热能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,从而保持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。

二、拟虫

屁步甲炮虫自卫时,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。这种原理目前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8~10秒内混合并发生反应,在达到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。

三、仿蜓

蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流,并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓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/h。此外,蜻蜓的飞行行为简单,仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础成功研制了直升飞机。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。蜻蜓依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙,于是人们仿效蜻蜓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。

为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率,一个四叶驱动,用远程水平仪控制的机动机翼(翅膀)模型被研制,并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。

第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀,达到每秒18次震动的速度。有特色的是,这个模型采用了可变可调节前后两对机翼之间相差的装置。

研究的中心和长远目标,是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现,以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。

四、似蝇

家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术,这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。它设想到了每一种情况,非常小心,并能快速移动。那么,它是怎么做到的呢?

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,平衡棒以一定的频率进行机械振动,可以调节翅膀的运动方向,是保持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,大大改进了飞机的飞行性能,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。苍蝇的嗅觉特别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,目前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、生产的安全系数更为准确、可靠。

五、像蜂

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。

六、展望未来

昆虫在亿万年的进化过程中,随着环境的变迁而逐渐进化,每个阶段都在不同程度地发展着各自的生存本领。随着社会的发展,人们对昆虫的各种生命活动掌握得越来越多,越来越意识到昆虫对人类的重要性,再加上信息技术特别是计算机新一代生物电子技术在昆虫学上的应用,模拟昆虫的感应能力而研制的检测物质种类和浓度的生物传感器,参照昆虫神经结构开发的能够模仿大脑活动的计算机等等一系列的生物技术工程,将会由科学家的设想变为现实,并进入各个领域,昆虫将会为人类做出更大的贡献。

同类推荐
  • 科学文库——唱响生命绝唱

    科学文库——唱响生命绝唱

    本书主要讲述的内容包括:荷叶铁线蕨、莲中之王、亚洲针叶树之王、南方红豆杉、热带雨林巨树、奇异的长命树、中国的鸽子树、大鲵、奥里诺科鳄鱼、斯比克斯鹦鹉、黑鹳、苏门答腊虎、国宝大熊猫、金丝猴。
  • 探究式科普丛书-动物中的少数民族:珍稀动物

    探究式科普丛书-动物中的少数民族:珍稀动物

    本书从珍稀动物的基本概念入手,主要阐述了珍稀动物种类、分布、特征以及在动物界的作用和地位,重点强调了珍稀动物的保护和此类动物与人类环境的关系等。
  • 动植物百科

    动植物百科

    从地球诞生到6亿年前,这段时间在地球历史上被称为隐生宙,虽然延续的时间约有40亿年,但由于材料不足,未能划分出详细的历史发展阶段,一般只再分为太古代和元古代,而它们之间还无确定的界限,因此常统称为前古生代。
  • 探索未知丛书-从小学科学03

    探索未知丛书-从小学科学03

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:地理世界、动物乐园、海洋与天空、化学天地、计算机王国、历史趣闻、美术沙龙、农业科学、少年楷模、物理城堡、艺术天地、音乐之声、幼儿教育、语文大观、植物之谜、走遍天下、祖国在我心中等书籍。
  • 科学探索百科——飞碟追踪百科

    科学探索百科——飞碟追踪百科

    人类社会和自然世界是那么丰富多彩,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多谜团还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解无限的谜团。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个谜团不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奇怪事物和难解之谜,又不得不向新的问题发起挑战。科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
热门推荐
  • 护花使者:女道天师

    护花使者:女道天师

    一名二流道士,偷偷下山,本是为了体验繁华都市不一样的生活,结果刚下山就被一个女孩独特的身体吸引了注意力。一连串的骇人事故,将二流道士卷入了一场惊险刺激的探索之旅。
  • 绝翼

    绝翼

    他是异世界杀手因爱人和最好的朋友背叛死亡从而进入异世界在位面的通道失去所有记忆他的未来该何去何从?
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 前路的光

    前路的光

    性别成谜的灵魂在网络上存在千万年,为的只是那一天,遇到他,携手他。
  • 宇智波外观

    宇智波外观

    宇智波一族的复兴之路,一个蝴蝶的影响力是有限的!宇智波鼬仍然会被佐助杀死,佐助依照历史拥有永恒万花筒!宇智波观却会代替鼬引导佐助走向不同的道路,佐助的力量只为复兴宇智波而施展。新书《剑中仙》邀请大家围观………………
  • 水浒之晋宋风云

    水浒之晋宋风云

    雄起大宋,北聚豪杰,西伐西夏,北阻金国,南平大宋,东进河北,创不世之功!
  • 财迷老妈

    财迷老妈

    悲催的被男友甩竟然还穿越,她成为他的侧福晋,却遭遇到其他女人的暗算,这生活太惨无人道了,一定要逃离,正当她把大包小包的黄金白银扔在墙外,却又被带回去。“你一直想跑是吗?”他的眼神充满不屑,“那你就在这柴房好好的呆着吧。”“我一定会离开的。”她抓住房门大叫,开始筹划下一次的计划。
  • 修神传奇之五位狂少

    修神传奇之五位狂少

    五位少年,历经千心万苦,经历九九八十一难,成为神,以靠着他们的执着,和信仰成为至高无上的神!
  • 依依不舍杜宇

    依依不舍杜宇

    大学校园内要好的几人,在大学里度过的青涩时光,难忘且美好,不含任何杂质,如晶莹般剔透,可同时也极其易碎。进入社会后,有人不择手段在谋取财富的同时丢弃了最初的纯真,只是为了证明自己,,同时也是为了夺回他认为原本属于自己的东西,有人失业了,蒙受了不白之冤,在曲折中趟出了一条光明大道。有人在事业如日中天时经不住有意者背后刻意的陷害,以致于多年努力差点付诸东流。可唯有她始终是坚定的、执着的,努力坚守着最初那最美好的悸动和善良,因着她的,使得一次次的猜忌和误解烟消云散,可当真心上未留一丝裂痕么,她不知道,他亦不知。也许当真平淡似水,但背后却蕴含着真实的力量。
  • 阳光明亮

    阳光明亮

    所有的校园小说里都有一个少年,一个少女,当然这篇也不例外。在别的故事里,可能少年少女互相倾慕,心意相通,他们没有忧愁,爱情是他们十七八年华的主旋律;但这个故事不是。这个故事是一个深深的遗憾。故事里的女孩,在做一定不能失败的事时遇到故事里的少年;她知道自己的定力不能支持自己在一边努力的同时一边和他在一起;她不能喜欢但是很喜欢他;他和她们心意相通他们暧昧;然而阴差阳错他们没有在一起;她之后遇到的每一个人都再也比不上他;她喜欢上的每个人都有他的一部分;她会梦到他,会常常拿出日记回忆他;她心里的白月光和朱砂痣都是他;但是她再也没见着他了。这个故事里的主角有自己必须去做的事——比爱情更重要的、不可失败的事要去做,所以他们的情感都隐晦而又控制——但是喜欢是藏不住的,就算闭上嘴,它也会从眼睛里跑出来。故事里的两个人,小心翼翼地试探,接近,又收回,暧昧丛生,微澜频起。他们一个人太过善良不知拒绝,一个人太过固执不知退让,于是自第一次分别,他们便再也没能见面,而从此,阴差阳错,他们被世事推动着,终于走到了无可回头的地步。