討厭的蒼蠅看似與宏大的航天事業無關，但仿生學卻將它們緊密聯系在壹起。蒼蠅是臭名昭著的“臭東西”，它們隨處可見，氣味難聞。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，能聞到幾千米外的氣味。但是蒼蠅沒有“鼻子”。它是靠什麽來充當嗅覺的？原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的壹對觸角上。【9】每個“鼻子”只有壹個與外界相通的“鼻孔”，裏面含有數百個嗅覺神經細胞。如果氣味進入鼻孔，這些神經會立即將氣味刺激轉化為神經電脈沖，並發送到大腦。大腦可以根據不同氣味的物質產生的不同神經電脈沖來區分不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角就像壹個靈敏的氣體分析儀。仿生科學家受此啟發，根據蒼蠅嗅覺器官的結構和功能，仿制了壹種非常奇特的小型氣體分析儀。這臺儀器的探頭不是金屬，而是壹只活蒼蠅。將極細的微電極插入蒼蠅的嗅覺神經，引導的神經電信號經電子電路放大後送至分析儀；分析儀壹發現有氣味物質的信號就能發出警報。這個儀器已經安裝在飛船的駕駛艙裏，用來檢測艙內氣體的成分。這種小型氣體分析儀還可以測量潛艇和礦井中的有害氣體。這壹原理也可用於改進計算機的輸入裝置和氣相色譜分析儀的結構原理。從螢火蟲到人工發光
從螢火蟲到人工發光
自從人類發明了電燈，生活變得更加方便和豐富。但是電燈只能將壹小部分電能轉化為可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費掉了，電燈的熱射線對人的眼睛是有害的。那麽，有沒有只發光不發熱的光源呢？人類又把目光投向了大自然。在自然界中，許多生物都可以發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類，這些動物發出的光不會產生熱量，所以也叫“冷光”。在許多發光的動物中，螢火蟲是其中之壹。螢火蟲大約有65，438+0，500種，它們冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也不壹樣。螢火蟲發出冷光，不僅發光效率高，而且壹般比較柔和，適合人眼，光的強度也比較高。因此，生物發光是人類的理想光源。[10]科學家發現螢火蟲的發光裝置位於腹部。這種光發射器由三部分組成:發光層、透明層和反射層。發光層有數千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光素酶。在熒光素酶的作用下，熒光素在細胞內水的參與下，與氧化結合發出熒光。螢火蟲的發光本質上是化學能轉化為光能的過程。早在20世紀40年代，人們就在對螢火蟲的研究基礎上創造了熒光燈，極大地改變了人類的照明來源。近年來，科學家首先從螢火蟲中分離出純凈的熒光素，然後分離出熒光素酶，再通過化學方法人工合成熒光素。由熒光素、熒光素酶、ATP(三磷酸腺苷)和水組成的生物光源，可以在充滿爆炸性氣體的礦井中用作閃光燈。由於這種燈沒有電源，不會產生磁場，所以在生物光源的照射下，可以用來清除磁性地雷。現在，人們可以通過混合壹些化學物質獲得類似生物光的冷光，用於安全照明。
電魚和伏特電池
自然界很多生物都可以發電，光是魚類就有500多種。人們把這些能放電的魚稱為“電魚”。各種電魚都有不同的放電技巧。電鰩、電鯰和電鰻的放電能力最強。中型魚雷能產生70伏左右的電壓，而非洲魚雷能產生高達220伏的電壓；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓。有壹種南美電鰻能產生高達880伏的電壓，被稱為電擊冠軍。據說它能殺死像馬這樣的大動物。電魚放電的奧秘在哪裏？通過對電魚的解剖研究，最終發現電魚體內有壹個奇特的發電器官。這些發電機由許多半透明的盤狀電池組成，稱為電板或電盤。由於電魚的種類不同，發生器的電板形狀、位置、數量也不同。電鰻的發生器呈棱形，位於尾棘兩側的肌肉中；魚雷的發生器形狀像壹個扁腎，排列在身體中線兩側，有200萬個電板。電鯰的發生器起源於某種腺體，位於皮膚和肌肉之間，大約有500萬個電板。單個極板產生的電壓很弱，但是因為極板多，產生的電壓就很大。電魚的非凡技能引起了人們極大的興趣。19世紀初，意大利物理學家伏特以電魚發電器官為基礎，設計出世界上最早的伏特電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電機設計的，所以被稱為“人造電官”電魚的研究也給了人們這樣的啟示:如果能成功模仿電魚的發電器官，那麽就能很好地解決艦船和潛艇的動力問題。
水母迎風的耳朵
在自然界中，水母早在5億年前就已經生活在海水中。"但是水母和順風耳有什麽關系呢？"人們肯定會問這樣的問題。因為，在風暴預警之前，水母會成群結隊地遊向大海，這預示著風暴即將來臨。然而，這和“聽到風聲”有什麽關系呢？原來，藍色海洋中空氣與波浪摩擦產生的次聲波(頻率為8 ~ 13 Hz)就是風暴預警前的預報。這種次聲波人耳是聽不到的，但對於水母來說是小菜壹碟。科學家經過研究發現，水母的耳朵上有壹個細柄，柄上有壹個小球，球裏有壹個小聽石。科學家對水母耳朵的結構和功能進行建模，設計了水母耳朵的風暴預測器，精確模擬了水母感受到次聲的器官。
技能訓練長頸鹿和宇航員的失重
長頸鹿之所以能通過長長的脖子把血液輸送到頭部，是因為長頸鹿有高血壓。據測量，長頸鹿的血壓比人類正常血壓高兩倍。為什麽這麽高的血壓不會讓長頸鹿腦出血而死？這和長頸鹿的身體結構有關。首先，長頸鹿血管周圍的肌肉非常發達，可以壓迫血管，控制血流；同時，長頸鹿腿部和全身的皮膚和筋膜都很緊繃，有利於下肢血液向上回流。受此啟發，科學家們設置了壹種特殊的儀器來訓練宇航員，讓宇航員每天使用這種儀器鍛煉幾個小時，以防止宇航員周圍的肌肉退化；飛船發射時，科學家根據長頸鹿可以利用緊繃的皮膚控制血管壓力的原理，研制出了壹種飛行服——“抗荷服”。抗荷服配有充氣裝置。隨著飛船速度的增加，抗荷服可以充入壹定量的氣體，從而對血管產生壹定的壓力，保持航天員的血壓正常。同時，航天員腹部下部套有排除空氣的密封裝置，可以降低航天員腿部的血壓，便於血液從身體上部輸送到下肢。
蛋殼和薄殼建築
蛋殼是拱形的，跨度很大，包括很多力學原理。雖然只有2毫米厚，但用錘子很難打碎。建築師模仿它設計薄殼建築。這種建築有很多優點:用料少，跨度大，經久耐用。薄殼建築並不都是拱形的，舉世聞名的悉尼歌劇院就像停泊在港灣裏的壹組風帆。
構件
對於截面積相同的構件，將材料放在離中性軸盡可能遠的地方，是壹種有效的截面形狀。有趣的是，這個結論也反映在自然界許多動植物的組織中。例如，許多能夠抵禦強風的植物的莖是中空截面的管狀結構。支撐人承重和運動的骨骼，其橫截面周圍有致密的骨質，而柔軟的骨髓則充滿了空腔。建築結構中常用的空心樓板、箱梁、工字鋼板梁、折板結構、空間薄壁結構都是基於這個結論。
斑馬
斑馬生活在非洲大陸，外表和普通的馬沒什麽區別。它們身上的條紋是為了適應生活環境而衍生出來的保護色。在所有的斑馬中，斑馬是最大最漂亮的。它的肩高是140-160 cm，耳朵又圓又大，條紋又細又多。斑馬經常遠離草原上的角馬、角馬、瞪羚、鴕鳥，以抵禦天敵。斑馬條紋在軍事上的應用是仿生學的成功範例。
昆蟲和仿生
昆蟲體型小，種類和數量巨大，占現有動物的75%以上，遍布世界各地。他們有自己的生存技能，有些技能還不如人類。人們越來越廣泛地利用自然資源，尤其是仿生學的任何成就都來自於生物體的某些特性。本文簡要介紹了昆蟲和仿生學。(右邊是家蠅的眼睛)蝴蝶和仿生學
蝴蝶和仿生彩色蝴蝶，如雙月紋蝴蝶、棕脈帝王蝶等。，尤其是有熒光翅膀的蝴蝶，它們的後翅在陽光下是金色、綠色和藍色的。科學家通過研究蝴蝶的顏色給軍事防禦帶來了巨大的好處。二戰期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防禦設施。蘇聯昆蟲學家施瓦辛格根據當時對迷彩的認識不足，提出蝴蝶的顏色在花朵中不易被發現的原理，用蝴蝶般的迷彩覆蓋軍事設施。因此，盡管德軍全力以赴，列寧格勒的軍事基地仍未受到幹擾，為贏得最後的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理，後來人們生產了迷彩服，大大減少了戰鬥中的傷亡。【11】由於衛星在太空中的位置不斷變化，溫度變化突然，有時溫差可高達兩三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作。受蝴蝶身上的鱗片會隨著陽光的方向自動改變角度來調節體溫的啟發，科學家們將衛星的溫控系統做成葉片前後輻射和散熱能力差異很大的百葉窗樣式。每個窗口的旋轉位置都安裝有對溫度敏感的金屬線，可以隨著溫度的變化調節窗口的開啟和關閉，從而保持衛星內部溫度的恒定，解決了航天工業的壹大難題。甲蟲和仿生踏空甲蟲自衛時，可以噴射出帶有惡臭的高溫液體“炮彈”，迷惑、刺激、恐嚇敵人。科學家解剖後發現，甲蟲體內有三個腔室，分別儲存有二元酚溶液、過氧化氫和生物酶。二酚和雙氧水流入第三室與生物酶混合發生化學反應，在100℃瞬間變成毒液，迅速噴出。這壹原理目前已應用於軍事技術。二戰期間，德國納粹根據這壹機理制造了壹種動力效率極高、性能安全可靠的新型發動機，安裝在巡航導彈上，使其飛行速度更快、更安全、更穩定，提高了命中率。英國倫敦被炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴灑原理啟發，研發出先進的二元武器。這種武器將兩種或兩種以上能產生毒素的化學物質裝入兩個獨立的容器中。炮彈發射後，隔膜破裂，兩種毒物中間體在彈丸飛行的8-10秒內混合反應，在到達目標殺死敵人的瞬間產生致命的毒液。它們易於生產、儲存和運輸，安全且不易失效。螢火蟲可以直接將化學能轉化為光能，轉化效率達到100%，而普通電燈的發光效率只有6%。人們模仿螢火蟲發光原理制作的冷光源，可以提高發光效率十倍以上，大大節約能源。此外，基於甲蟲視動反應機制的空對地速度計已成功應用於航空。蜻蜓和仿生蜻蜓可以通過翅膀振動產生不同於周圍大氣的局部不穩定氣流，井利用氣流產生的漩渦使自己上升。蜻蜓可以在很小的推力下翺翔，不僅向前飛，還可以向後和左右飛，其向前的飛行速度可達72km/ h，此外，蜻蜓的飛行行為簡單，只有兩對翅膀不停地拍打。科學家們基於這種結構基礎成功開發了壹種直升機。飛機高速飛行時，往往會引起劇烈震動，有時甚至會折斷機翼，造成飛機墜毀。蜻蜓依靠加重的翼痣安全高速飛行，於是人們效仿蜻蜓，在飛機的兩個機翼上增加配重，以解決高速飛行帶來的震動這壹棘手問題。蒼蠅和仿生昆蟲學家發現，蒼蠅的後翅退化成壹對平衡桿。當它飛行時，平衡桿以壹定的頻率機械振動，可以調整翅膀的運動方向，是保持蒼蠅身體平衡的導航儀。基於這壹原理，科學家們開發了新壹代導航儀——振動陀螺儀，極大地提高了飛機的飛行性能LlJ，使飛機能夠自動停止危險的側翻飛行，並在機體強烈傾斜時自動恢復平衡，即使是在飛機處於最復雜的急轉彎時。蒼蠅的復眼包含了4000個可以獨立成像的單眼，幾乎可以看清360。範圍內的物體。受蠅眼的啟發，人們制作了由1329個小鏡頭組成的蠅眼相機，壹次可以拍攝1329張高分辨率照片。它廣泛應用於軍事、醫療、航空和航天領域。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，能迅速分析幾十種氣味，並立即做出反應。科學家根據蒼蠅嗅覺器官的結構，將各種化學反應轉化為電脈沖，制成了非常靈敏的小型氣體分析儀，廣泛應用於航天器、潛艇、礦山等檢測氣體成分，使科研生產的安全系數更加準確可靠。蜜蜂和仿生蜂箱由整齊排列的六邊形小蜂箱組成，每個小蜂箱的底部由三個相同的菱形組成。這些結構都是現代數學家精確計算出來的——菱形鈍角109。28 '，銳角70。‘32’壹模壹樣，是最節省材料的結構，而且容量大，極強，讓很多行家都佩服。人們模仿它的結構，用各種材料制成蜂窩夾層結構板，這種結構板強度高，重量輕，不易傳導聲音和熱量。它們是制造航天飛機、宇宙飛船和人造衛星的理想材料。對偏振光方向敏感的偏振鏡相鄰排列在蜜蜂復眼的每壹只單眼內，可以被太陽精確定位。基於這壹原理，科學家成功研制出偏振光導航儀，並在導航中得到廣泛應用。
其他昆蟲和仿生學
跳蚤的跳躍能力很高，航空專家都做到了。生物學家通過對蜘蛛絲的研究，制成了高級絲線、抗撕裂降落傘和臨時吊橋的高強度纜繩。船只和潛水艇是模仿魚和海豚而來的。響尾蛇導彈等是科學家模仿蛇的“熱眼”功能，以及它們的舌頭像攝像裝置壹樣排列著壹種天然的紅外感應能力的原理研制的現代化武器。火箭利用水母和烏賊的反沖原理起飛。研究人員通過研究變色龍的變色能力，為軍隊研發了很多軍用偽裝裝備。科學家研究了蛙眼，發明了電子蛙眼。白蟻不僅使用粘合劑來建造它們的蟻丘，還通過它們頭部的小管向敵人噴灑粘合劑。於是人們根據同樣的原理制作了壹個工作武器——幹膠殼。美國空軍通過毒蛇的“熱眼”功能，研制出壹種微型熱傳感器。我國紡織科技人員借鑒仿生學原理和陸生動物的皮毛結構，設計出壹種小桶保暖面料，具有抗風、導濕功能。根據響尾蛇頰窩能感覺到0.001℃的溫度變化的原理，人類發明了追蹤追逐響尾蛇導彈。人類還利用蛙跳原理設計了蟾蜍夯錘。人類模仿警犬高度靈敏的嗅覺，制造出“電子警犬”用於偵查。科學家根據野豬鼻子獨特的探毒能力，制成了世界上第壹批防毒面具。仿生學是人類壹直在使用的方法，比如模仿海豚皮構造的“海豚皮泳衣”。科學家在研究鯨魚皮時，發現上面有凹槽和水槽，於是壹位科學家仿照鯨魚皮的結構，使飛機表面覆蓋了壹層薄膜，據實驗可以節省3%的能源。如果全國各地的飛機都鋪上這樣的面，每年可以節省幾十億。再比如，有科學家研究蜘蛛，發現蜘蛛的腿上沒有肌肉，有腳的動物能走路，主要靠肌肉收縮。為什麽蜘蛛走路沒有肌肉？經過研究，蜘蛛行走不是靠肌肉收縮，而是靠“液壓”結構，於是人們發明了液壓行走機器...簡而言之，它們是受大自然的啟發，通過模仿其結構而發明的。這就是仿生學。這是我們向大自然學習的壹個方面。