蒼蠅與宇宙飛船
　　令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及,但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來(lái)了.
　　蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡.蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到.但是蒼蠅并沒有“鼻子”,它靠什么來(lái)充當(dāng)嗅覺的呢? 原來(lái),蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對(duì)觸角上.
　　每個(gè)“鼻子”只有一個(gè)“鼻孔”與外界相通,內(nèi)含上百個(gè)嗅覺神經(jīng)細(xì)胞.若有氣味進(jìn)入“鼻孔”,這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖,送往大腦.大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同,就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì).因此,蒼蠅的觸角像是一臺(tái)靈敏的氣體分析儀.
　　仿生學(xué)家由此得到啟發(fā),根據(jù)蒼蠅嗅覺器官的結(jié)構(gòu)和功能,仿制成一種十分奇特的小型氣體分析儀.這種儀器的“探頭”不是金屬,而是活的蒼蠅.就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上,將引導(dǎo)出來(lái)的神經(jīng)電信號(hào)經(jīng)電子線路放大后,送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號(hào),便能發(fā)出警報(bào).這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分.
　　這種小型氣體分析儀,也可測(cè)量潛水艇和礦井里的有害氣體.利用這種原理,還可用來(lái)改進(jìn)計(jì)算機(jī)的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中.
　　從螢火蟲到人工冷光
　　自從人類發(fā)明了電燈,生活變得方便、豐富多了.但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光,其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了,而且電燈的熱射線有害于人眼.那么,有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然.
　　在自然界中,有許多生物都能發(fā)光,如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲和魚類等,而且這些動(dòng)物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱,所以又被稱為“冷光”.
　　在眾多的發(fā)光動(dòng)物中,螢火蟲是其中的一類.螢火蟲約有1 500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同.螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率,而且發(fā)出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強(qiáng)度也比較高.因此,生物光是一種人類理想的光.
　　科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),螢火蟲的發(fā)光器位于腹部.這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成.發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì).在熒光酶的作用下,熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下,與氧化合便發(fā)出熒光.螢火蟲的發(fā)光,實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程.
　　早在40年代,人們根據(jù)對(duì)螢火蟲的研究,創(chuàng)造了日光燈,使人類的照明光源發(fā)生了很大變化.近年來(lái),科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素,后來(lái)又分離出了熒光酶,接著,又用化學(xué)方法人工合成了熒光素.由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈.由于這種光沒有電源,不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作.
　　現(xiàn)在,人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用.
　　電魚與伏特電池
　　自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電,僅僅是魚類就有500余種 .人們將這些能放電的魚,統(tǒng)稱為“電魚”.
　　各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同.放電能力最強(qiáng)的是電鰩、電鯰和電鰻.中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據(jù)說(shuō)它能擊斃像馬那樣的大動(dòng)物.
　　電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對(duì)電魚的解剖研究, 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官.這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的.由于電魚的種類不同,所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣.電鰻的發(fā)電器呈棱形,位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側(cè),共有200萬(wàn)塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體,位于皮膚與肌肉之間,約有500萬(wàn)塊電板.單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱,但由于電板很多,產(chǎn)生的電壓就很大了.
　　電魚這種非凡的本領(lǐng),引起了人們極大的興趣.19世紀(jì)初,意大利物理學(xué)家伏特,以電魚發(fā)電器官為模型,設(shè)計(jì)出世界上最早的伏打電池.因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的,所以把它叫做“人造電器官”.對(duì)電魚的研究,還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官,那么,船舶和潛水艇等的動(dòng)力問題便能得到很好的解決.
　　水母的順風(fēng)耳
　　“燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴.”生物的行為與天氣的變化有一定關(guān)系.沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預(yù)示著風(fēng)暴即將來(lái)臨.
　　水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動(dòng)物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了.這種低等動(dòng)物有預(yù)測(cè)風(fēng)暴的本能,每當(dāng)風(fēng)暴來(lái)臨前,它就游向大海避難去了.
　　原來(lái),在藍(lán)色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風(fēng)暴來(lái)臨的前奏曲.這種次聲波人耳無(wú)法聽到,小小的水母卻很敏感.仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn),水母的耳朵的共振腔里長(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄,柄上有個(gè)小球,球內(nèi)有塊小小的聽石,當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時(shí),聽石就刺激球壁上的神經(jīng)感受器,于是水母就聽到了正在來(lái)臨的風(fēng)暴的隆隆聲.
　　仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能,設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀,相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官.把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時(shí),可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向,就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強(qiáng)度.這種預(yù)測(cè)儀能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào),對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義.
　　技能訓(xùn)練長(zhǎng)頸鹿與宇航員失重現(xiàn)象
　　長(zhǎng)頸鹿之所以能將血液通過長(zhǎng)長(zhǎng)的頸輸送到頭部,是由于長(zhǎng)頸鹿的血壓很高.據(jù)測(cè)定,長(zhǎng)頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍.這樣高的血壓為什么不會(huì)使長(zhǎng)頸鹿患腦溢血而死亡呢?這與長(zhǎng)頸鹿身體的結(jié)構(gòu)有關(guān).首先,長(zhǎng)頸鹿血管周圍的肌肉非常發(fā)達(dá),能壓縮血管,控制血流量；同時(shí)長(zhǎng)頸鹿腿部及全身的皮膚和筋膜繃得很緊,利于下肢的血液向上回流.科學(xué)家由此受到啟示,在訓(xùn)練宇航員對(duì),設(shè)置一種特殊器械,讓宇航員利用這種器械每天鍛煉幾小時(shí),以防止宇航員血管周圍肌肉退化；在宇宙飛船升空時(shí),科學(xué)家根據(jù)長(zhǎng)頸鹿利用緊繃的皮膚可控制血管壓力的原理,研制了飛行服——“抗荷服”.抗荷服上安有充氣裝置,隨著飛船速度的增高,抗荷服可以充入一定量的氣體,從而對(duì)血管產(chǎn)生一定的壓力,使宇航員的血壓保持正常.同時(shí),宇航員腹部以下部位是套入抽去空氣的密封裝置中的,這樣可以減小宇航員腿部的血壓,利于身體上部的血液向下肢輸送.
　　烏龜?shù)凝敋づc薄殼建筑
　　龜殼的背甲呈拱形,跨度大,包括許多力學(xué)原理.雖然它只有2 mm的厚度,但使用鐵錘敲砸也很難破壞它.建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了薄殼建筑設(shè)計(jì).這類建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少,跨度大,堅(jiān)固耐用.薄殼建筑也并非都是拱形,舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆.
　　-- 結(jié)構(gòu)構(gòu)件
　　對(duì)于構(gòu)件,在截面面積相同的情況下,把材料盡可能放到遠(yuǎn)離中和軸的位置上,是有效的截面形狀.有趣的是,在自然界許多動(dòng)植物的組織中也體現(xiàn)了這個(gè)結(jié)論.例如：“疾風(fēng)知?jiǎng)挪荨?許多能承受狂風(fēng)的植物的莖部是維管狀結(jié)構(gòu),其截面是空心的.支持人承重和運(yùn)動(dòng)的骨骼,其截面上密實(shí)的骨質(zhì)分布在四周,而柔軟的骨髓充滿內(nèi)腔.在建筑結(jié)構(gòu)中常被采用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)等都是根據(jù)這條結(jié)論得來(lái)的.
　　-- 斑馬
　　斑馬生活在非洲大陸,外形與一般的馬沒有什么兩樣,它們身上的條紋是為適應(yīng)生存環(huán)境而衍化出來(lái)的保護(hù)色.在所有斑馬中,細(xì)斑馬長(zhǎng)得最大最美.它的肩高140-160厘米,耳朵又圓又大,條紋細(xì)密且多.斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共外,以抵御天敵.人類將斑馬條紋應(yīng)用到軍事上是一個(gè)是很成功仿生學(xué)例子.
　　附(仿生學(xué)現(xiàn)象簡(jiǎn)表):
　　1.從令人討厭的蒼蠅身上,仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀.已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分.
　　2.從螢火蟲到人工冷光；
　　3.電魚與伏特電池；
　　4.水母的順風(fēng)耳,仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能,設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀,能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào),對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義.
　　5.人們根據(jù)蛙眼的視覺原理,已研制成功一種電子蛙眼.這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣,準(zhǔn)確無(wú)誤地識(shí)別出特定形狀的物體.把電子蛙眼裝入雷達(dá)系統(tǒng)后,雷達(dá)抗干擾能力大大提高.這種雷達(dá)系統(tǒng)能快速而準(zhǔn)確地識(shí)別出特定形狀的飛機(jī)、艦船和導(dǎo)彈等.特別是能夠區(qū)別真假導(dǎo)彈,防止以假亂真.
　　電子蛙眼還廣泛應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)及交通要道上.在機(jī)場(chǎng),它能監(jiān)視飛機(jī)的起飛與降落,若發(fā)現(xiàn)飛機(jī)將要發(fā)生碰撞,能及時(shí)發(fā)出警報(bào).在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發(fā)生.
　　6.根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿制了盲人用的“探路儀”.這種探路儀內(nèi)裝一個(gè)超聲波發(fā)射器,盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺(tái)階、橋上的人等.如今,有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成.
　　7.模擬藍(lán)藻的不完全光合器,將設(shè)計(jì)出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣.
　　8.根據(jù)對(duì)人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究,已仿制了人力增強(qiáng)器——步行機(jī).
　　9.現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動(dòng)物的爪子.
　　10.屋頂瓦楞模仿動(dòng)物的鱗甲.
　　11.船槳模仿的是鴨的蹼.
　　12.鋸子學(xué)的是螳螂臂,或鋸齒草.
　　13.蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍搭扣.
　　14.嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測(cè)儀提供了思路.
　　15.壁虎腳趾對(duì)制造能反復(fù)使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景.
　　16.貝用它的蛋白質(zhì)生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應(yīng)用在從外科手術(shù)的縫合到補(bǔ)船等一切事情上.
　　16.樹葉的排列和悉尼大劇院的建設(shè).
　　17.潛水艇和魚的沉浮.
　　18.響尾蛇和空對(duì)空響尾蛇導(dǎo)彈.