蝴蝶-----迷彩服,人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定.
甲蟲(chóng)-----冷光源,空對(duì)地速度計(jì).
蜻蜓-----直升飛機(jī).
蒼蠅-----振動(dòng)陀螺儀,蠅眼照像機(jī).
蜂類(lèi)-----航天材料,偏振光導(dǎo)航儀.
熒火蟲(chóng)-----日光燈.
電魚(yú)----伏特電池.
水母----風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀.
企鵝----極地越野車(chē).
蝙蝠----雷達(dá).
鯨-----提高船體速度.
袋鼠-----越野汽車(chē).
貝殼-----坦克
蝴蝶
五彩的蝴蝶顏色粲然,如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等,尤其是螢光翼鳳蝶,其后翊在陽(yáng)光下時(shí)而金黃,時(shí)而翠綠,有時(shí)還由紫變藍(lán).科學(xué)家通過(guò)對(duì)蝴蝶色彩的研究,為軍事防御帶來(lái)了極大的稗益.在二戰(zhàn)期間,德軍包圍了列寧格勒,企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施.蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)偽裝缺乏認(rèn)識(shí)的情況,提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理,在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝.因此,盡管德軍費(fèi)盡心機(jī),但列寧格勒的軍事基地仍然無(wú)恙,為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).根據(jù)同樣的原理,后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服,大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡.
人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化,有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度,嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作.科學(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā),將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式,在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲,隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開(kāi)合,從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定,解決了航天事業(yè)中的一大難題.
甲蟲(chóng)
甲蟲(chóng)自衛(wèi)時(shí),可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”,以迷惑、刺激和驚嚇敵害.科學(xué)家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲(chóng)體內(nèi)有3個(gè)小室,分別儲(chǔ)有二元酚溶液、雙氧水和生物酶.二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng),瞬間就成為100℃的毒液,并迅速射出.這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中.二戰(zhàn)期間,德國(guó)納粹為了戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,據(jù)此機(jī)理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動(dòng)機(jī),安裝在飛航式導(dǎo)彈上,使之飛行速度加快,安全穩(wěn)定,命中率提高,英國(guó)倫敦在受其轟炸時(shí)損失慘重.美國(guó)軍事專(zhuān)家受甲蟲(chóng)噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器.這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個(gè)隔開(kāi)的容器中,炮彈發(fā)射后隔膜破裂,兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng),在到達(dá)目標(biāo)的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人.它們易于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸,安全且不易失效.螢火蟲(chóng)可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能,且轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%,而普通電燈的發(fā)光效率只有6%.人們模仿螢火蟲(chóng)的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍,大大節(jié)約了能量.另外,根據(jù)甲蟲(chóng)的視動(dòng)反應(yīng)機(jī)制研制成功的空對(duì)地速度計(jì)已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中.
蜻蜓
蜻蜓通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)髿獾木植坎环€(wěn)定氣流,并利用氣流產(chǎn)生的渦流來(lái)使自己上升.蜻蜓能在很小的推力下翱翔,不但可向前飛行,還能向后和左右兩側(cè)飛行,其向前飛行速度可達(dá)72公里/小時(shí).此外,蜻蜓的飛行行為簡(jiǎn)單,僅靠?jī)蓪?duì)翅膀不停地拍打.科學(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī).飛機(jī)在高速飛行時(shí),常會(huì)引起劇烈振動(dòng),甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事.蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時(shí)安然無(wú)恙,于是人們效仿蜻蜓在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘,解決了因高速飛行而引起振動(dòng)這個(gè)令人棘手的問(wèn)題.
為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動(dòng)力學(xué)以及其飛行的效率,一個(gè)四葉驅(qū)動(dòng),用遠(yuǎn)程水平儀控制的機(jī)動(dòng)機(jī)翼（翅膀）模型被研制,并第一次在風(fēng)洞內(nèi)測(cè)試了各項(xiàng)飛行參數(shù).
第二個(gè)模型試圖安裝一個(gè)以更快頻率飛行的翅膀,達(dá)到每秒18次震動(dòng)的速度.有特色的是,這個(gè)模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對(duì)機(jī)翼之間相差的裝置.
研究的中心和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo),是要研究使用“翅膀”驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)表現(xiàn),以及與傳統(tǒng)的螺旋推動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)效率的比較等等.
蒼蠅
家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù),這使得它很難被人類(lèi)抓住.即使在它的后面也很難接近它.它設(shè)想到了每一種情況,非常小心,并能快速移動(dòng).那么,它是怎么做到的呢?
昆蟲(chóng)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),蒼蠅的后翅退化成一對(duì)平衡棒.當(dāng)它飛行時(shí),平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng),可以調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向,是保持蒼蠅身體平衡導(dǎo)航儀.科學(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀,大在改進(jìn)了飛機(jī)的飛行性能,可使飛機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行,在機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡,即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬(wàn)無(wú)一失.蒼蠅的復(fù)眼包含4000個(gè)可獨(dú)立成像的單眼,能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體.在蠅眼的啟示下,人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機(jī),在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用.蒼蠅的嗅覺(jué)特別靈敏并能對(duì)數(shù)十種氣味進(jìn)行快速分析且可立即作出反應(yīng).科學(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺(jué)器官的結(jié)構(gòu),把各種化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電脈沖的方式,制成了十分靈敏的小型氣體分析儀,目前已廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場(chǎng)所來(lái)檢測(cè)氣體成分,使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準(zhǔn)確、可靠.
蜂類(lèi)
蜂巢由一個(gè)個(gè)排列整齊的六棱柱形小蜂房組成,每個(gè)小蜂房的底部由3個(gè)相同的菱形組成,這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計(jì)算出來(lái)的——菱形鈍角109○28’,銳角70○32’完全相同,是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu),且容量大、極堅(jiān)固,令許多專(zhuān)家贊嘆不止.人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板,強(qiáng)度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱,是建筑及制造航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料.蜜蜂復(fù)眼的每個(gè)單眼中相鄰地排列著對(duì)偏振光方向十分敏感的偏振片,可利用太陽(yáng)準(zhǔn)確定位.科學(xué)家據(jù)此原理研制成功了偏振光導(dǎo)航儀,被廣泛用于航海事業(yè)中.
蒼蠅、螢火蟲(chóng)、電魚(yú)、水母,見(jiàn)下詳述.
第五個(gè)：章魚(yú)的吸盤(pán)~
仿生學(xué)是一門(mén)模仿生物的特殊本領(lǐng),利用生物的結(jié)構(gòu)和功能原理來(lái)研制機(jī)械或各種新技術(shù)的科學(xué).據(jù)傳說(shuō),我國(guó)古代著名工匠魯班,上山伐樹(shù)時(shí),被絲矛草割破了手.他覺(jué)得奇怪,一棵小草怎么會(huì)這樣厲害?經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀(guān)察,他發(fā)現(xiàn)絲茅草葉子的邊緣長(zhǎng)著許多鋒利的細(xì)齒.于是魯班發(fā)明了木工用的鋸子.據(jù)推測(cè),古代木船的發(fā)明,是從魚(yú)類(lèi)的游泳得到了啟示.在發(fā)明飛機(jī)的過(guò)程中,人們也從蟲(chóng)、鳥(niǎo)的飛行中學(xué)到了許多有用的知識(shí).
現(xiàn)在,科學(xué)家們正帶著定向、導(dǎo)航、探測(cè)、能量轉(zhuǎn)換、信息處理、生物合成、結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)等眾多的科學(xué)難題,到生物界中去尋找啟示和答案.
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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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(mǎn)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(chēng)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(chēng)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(xiàn)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. 這些夠了吧?