科學(xué)家從鯨的流線型身軀受到啟示,改進(jìn)了輪船,可以說(shuō),鯨是人類(lèi)的老師.
其實(shí)自然界中可以充當(dāng)人類(lèi)“老師”的生物何止鯨類(lèi)一種.
以前,人們作戰(zhàn)時(shí)并沒(méi)有雷達(dá),總是沒(méi)做好準(zhǔn)備時(shí)被飛機(jī)給偷襲了.科學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期研究蝙蝠,發(fā)現(xiàn)蝙蝠視力很差,卻能在夜間準(zhǔn)確無(wú)誤地抓到獵物,這是為什么呢?原來(lái),每只蝙蝠嘴里都能發(fā)出一種“超聲波”,這種波遇物體就會(huì)反射回來(lái).而蝙蝠的耳朵就像“接收器”,根據(jù)接收到的信號(hào)來(lái)判斷是巖石還是獵物.科學(xué)家根據(jù)這種原理發(fā)明了雷達(dá).雷達(dá)也能發(fā)出超聲波,碰到飛機(jī)就彈了回來(lái),這樣就能預(yù)知敵軍有沒(méi)有來(lái)偷襲了.
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(jué)特別靈敏,遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到.但是蒼蠅并沒(méi)有“鼻子”,它靠什么來(lái)充當(dāng)嗅覺(jué)的呢? 原來(lái),蒼蠅的“鼻子”——嗅覺(jué)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(jué)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(jué)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(jué)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(chóng)到人工冷光
自從人類(lèi)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(jiàn)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(méi)有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類(lèi)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(chóng)、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲(chóng)和魚(yú)類(lèi)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(chóng)是其中的一類(lèi).螢火蟲(chóng)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(chóng)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(lèi)的眼睛,光的強(qiáng)度也比較高.因此,生物光是一種人類(lèi)理想的光.
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),螢火蟲(chóng)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(chóng)的發(fā)光,實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過(guò)程.
早在40年代,人們根據(jù)對(duì)螢火蟲(chóng)的研究,創(chuàng)造了日光燈,使人類(lèi)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(chóng)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(méi)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(lèi)似生物光的冷光,作為安全照明用.
電魚(yú)與伏特電池
自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電,僅僅是魚(yú)類(lèi)就有500余種 .人們將這些能放電的魚(yú),統(tǒng)稱為“電魚(yú)”.
各種電魚(yú)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(yú)放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過(guò)對(duì)電魚(yú)的解剖研究, 終于發(fā)現(xiàn)在電魚(yú)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(pán)的半透明的盤(pán)形細(xì)胞構(gòu)成的.由于電魚(yú)的種類(lèi)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(yú)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(yú)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(yú)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(yú)的研究,還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚(yú)的發(fā)電器官,那么,船舶和潛水艇等的動(dòng)力問(wèn)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(yú)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(tīng)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(tīng)石,當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽(tīng)石時(shí),聽(tīng)石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器,于是水母就聽(tīng)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)精確地模擬運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)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.
蝙蝠-雷達(dá)
蜻蜓-薄型翼超音速飛機(jī)防振顫技術(shù)
蜘蛛-震動(dòng)傳感器
鳥(niǎo)-撲翼飛機(jī)
響尾蛇-紅外跟蹤探測(cè)器
鯨--現(xiàn)代潛艇水下高速外形
鯊魚(yú)-現(xiàn)代游泳運(yùn)動(dòng)服面料
太多了,所有的仿生學(xué)產(chǎn)品的原形均可稱為人類(lèi)的老師!
比如豬、蜻蜓、蝙蝠、蒼蠅……
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(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分.
2.從螢火蟲(chóng)到人工冷光；
3.電魚(yú)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(jué)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(chē)輛的行駛,防止車(chē)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(lèi)似作用的“超聲眼鏡”也已制成.
7.模擬運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)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(yú)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(jué)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.
烏賊和魚(yú)雷誘餌 烏賊體內(nèi)的囊狀物能分泌黑色液體,遇到危險(xiǎn)時(shí)它便釋放出這種黑色液體,誘騙攻擊者上當(dāng).潛艇設(shè)計(jì)者們仿效烏賊的這一功能讀者設(shè)計(jì)出了魚(yú)雷誘餌.魚(yú)雷誘醋似袖珍潛艇,可按潛艇的原航向航行,航速不變,也可模擬運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)噪音、螺旋節(jié)拍、聲信號(hào)和多普勒音調(diào)變化等.正是它這種惟妙惟肖的表演,令敵潛艇或攻擊中的魚(yú)雷真假難辯,最終使?jié)撏У靡蕴用?
蜘蛛和裝甲 生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)蜘蛛絲的強(qiáng)度相當(dāng)于同等體積的鋼絲的5倍.受此啟發(fā),英國(guó)劍橋一所技術(shù)公司試制成猶如蜘蛛絲一樣的高強(qiáng)度纖維.用這種纖維做成的復(fù)合材料可以用來(lái)做防彈衣、防彈車(chē)、坦克裝甲車(chē)等結(jié)構(gòu)材料.
長(zhǎng)頸鹿和“抗荷服” 長(zhǎng)頸鹿是目前世界上最高的動(dòng)物,其大腦和心臟的距離約3米,完全是靠高達(dá)160~260毫米汞柱的血壓把血液送到大腦的.按一般分析,當(dāng)長(zhǎng)頸鹿低頭飲水時(shí),大腦的位置低于心臟,大量的血液會(huì)涌入大腦,使血壓更加增高,那么長(zhǎng)頸鹿會(huì)在飲水時(shí)得腦充血或血管破烈等疾病而死.但是裹在長(zhǎng)頸鹿身上的一層、厚皮緊緊箍住了血管,限制了血壓,飛機(jī)設(shè)計(jì)師和航空生物學(xué)家依照長(zhǎng)頸鹿皮膚原理,設(shè)計(jì)出一種新穎的“抗荷服”,從而解決了超高速殲擊機(jī)駕駛員在突然加速爬升時(shí)因腦部缺血而引起的痛苦.這種“抗荷服”內(nèi)有一裝置,當(dāng)飛機(jī)加速時(shí)可壓縮空氣,也能對(duì)血管產(chǎn)生相應(yīng)的壓力,這比長(zhǎng)頸鹿的厚皮更高明了.
鯨魚(yú)和潛艇的“鯨背效應(yīng)” 當(dāng)代核潛艇能長(zhǎng)時(shí)間潛航于冰海之下,但若在冰下發(fā)射導(dǎo)彈,則必須破冰上浮,這就碰到了力學(xué)上的難題.潛舴專家從鯨魚(yú)每隔10分鐘必須破冰呼吸一次中得到啟迪,在潛艇頂部突起的指揮臺(tái)圍殼和上層建筑方面,作了加強(qiáng)材料力度和外形仿鯨背處理,果然取得了破冰時(shí)的“鯨背效應(yīng)”.
蝴蝶和衛(wèi)星控溫系統(tǒng) 遨游太空的人造衛(wèi)星,當(dāng)受到陽(yáng)光強(qiáng)烈輻射時(shí),衛(wèi)星溫度會(huì)高達(dá)200攝氏度；而在陰影區(qū)域,衛(wèi)星溫度會(huì)下降至零下200攝氏度左右,這很容易烤壞或凍壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表,它一度曾使航天科學(xué)家傷透了腦筋.后來(lái),人們從蝴蝶身上受到啟迪.原來(lái),蝴蝶身體表面生長(zhǎng)著一層細(xì)小的鱗片,這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用.每當(dāng)氣溫上升、陽(yáng)光直射時(shí),鱗片自動(dòng)張開(kāi),以減少陽(yáng)光的輻射角度,從而減少對(duì)陽(yáng)光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時(shí),鱗片自動(dòng)閉合,緊貼體表,讓陽(yáng)光直射鱗片,從而把體溫控制在正常范圍之內(nèi).科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究,為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng).
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(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分.
2.從螢火蟲(chóng)到人工冷光；
3.電魚(yú)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(jué)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(chē)輛的行駛,防止車(chē)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(lèi)似作用的“超聲眼鏡”也已制成.
7.模擬運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)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(yú)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(jué)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.