現(xiàn)代的雷達(dá)——一種無線電定位和測(cè)距裝置:科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)蝙蝠不是靠眼睛,而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統(tǒng).因?yàn)轵鹪陲w行時(shí)發(fā)出超聲波,又能覺察出障礙物反射回來的超聲波.科學(xué)家據(jù)此設(shè)計(jì)出了現(xiàn)代的雷達(dá)——一種無線電定位和測(cè)距裝置
科學(xué)家通過對(duì)海豚游泳阻力小的研究發(fā)明了能提高魚雷航速的人工海豚皮；以及模仿袋鼠在沙漠運(yùn)動(dòng)形式的無輪汽車(跳躍機(jī))等.
前蘇聯(lián)科學(xué)院動(dòng)物研究所的科學(xué)家在企鵝的啟示下,他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型汽車－－“企鵝”牌極地越野汽車.這種汽車的寬闊的底部,直接貼在雪面上,用輪勺撐動(dòng)著前進(jìn),行駛速度可達(dá)50公里／小時(shí).
科學(xué)家模仿昆蟲制造了太空機(jī)器人.
澳大利亞國立大學(xué)的一個(gè)科研小組通過對(duì)幾種昆蟲的研究,已經(jīng)研制出一個(gè)小型的導(dǎo)航和飛行控制裝置.這種裝置可以用來裝備用于火星考察的小型飛行器.
英國科學(xué)家在仿生學(xué)啟發(fā)下,正在研制一種可以靠尾鰭擺動(dòng)以S形“游水”的潛艇新式潛艇的主要?jiǎng)?chuàng)新之處是使用了被稱為“象鼻致動(dòng)器”的裝置.“象鼻”由一組用薄而柔軟的材料做成的軟管組成,模仿肌肉活動(dòng),推動(dòng)鰭的運(yùn)動(dòng).這種新式潛艇可以充當(dāng)水底掃雷潛艇,用來對(duì)付最輕微的聲響或干擾便會(huì)引爆的水雷.
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”,它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來,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)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能,仿制成功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,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)暴來臨前,它就游向大海避難去了.
仿生學(xué)舉15個(gè)例子：
1.由令人討厭的蒼蠅,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.船槳模仿的是魚的鰭.
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.