[仿生學的資料]鳥類仿生學方面的資料

2018-10-27 14:41  閱讀 41 次

鳥類仿生學方面的資料

問題補充:鳥類仿生學方面的資料
●鳥類對仿生學的貢獻 從始祖鳥的出現到現在,在這億萬年的漫長進化過程中,鳥類形成了許多卓有成效的導航、識別、計算、能量轉換等系統,其靈敏性、高效性、準確性、抗干旱性都另人驚嘆不已。人們研究這些結構和功能原理并加以模擬,用來改善現有的或創造新的機械、儀器、工藝,這就是仿生學研究的一項重要內容。 鳥類有高超的飛行本領,當然現代的飛機在很多性能上都遠遠超過鳥類,可是在節約能源上,在靈巧性上就相形見絀了。如一只鳥連續在海洋上空飛行4000多公里,體重減輕0.06公斤;小巧的蜂鳥不僅能垂直起落,而且在吮吸花蜜時能取直立姿勢,懸在空中進退自如,靈活異常。對這些特殊功能的研究利用,將會使飛機的性能進一步得到改進。 如野鴨能悠然自得地飛行在9500米的半高空,而人在登上4500米時呼吸已經感到很困難了。研究鳥為什么會在空氣稀薄的條件下腦血管依然暢通,可對人類在供氧不足的環境中正常生活和延長生命有重要意義。 鴿子在仿生學方面有很大的貢獻。它的腿上有一個小巧而靈敏的感受地震的特殊結構,人們根據它的原理仿制出一種新的地震儀,使地震預報更加準確。它的眼睛有著特殊的識別本領,這是由于它的視網膜上有6種功能專一的神經節細胞:葉亮度檢測器、普通邊檢測器、凸邊檢測器、方向檢測器、垂直邊檢測器、水平檢測器,人們模仿它視網膜上的細胞結構制成的鴿眼電子模型,雖結構還不及它的復雜和完善,但安裝在警戒雷達上、應用于電子計算機處理有關數據方面已有廣闊的前景。 地球上海水占總水量的97%。而海水的人工淡化器目前設備龐大、結構復雜、耗能量高。但海鷗、信天翁這些海鳥卻可以通過眼睛附近一條鹽腺把喝下去的海水中的鹽分排出,一旦完成這個功能的模擬,人類利用海洋的前景將會更加廣闊。 此外,人們根據鷹眼的結構正在研制鷹眼系統導彈,這種導彈在飛臨打擊目標上空時就能自動尋找、識別目標而跟蹤攻擊。

仿生學的資料

問題補充:仿生學的具體資料
●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。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。 2。從螢火蟲到人工冷光; 3。電魚與伏特電池; 4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。 5。人們根據蛙眼的視覺原理,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,準確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統后,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。 電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。 6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、臺階、橋上的人等。如今,有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。 7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。 8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿制了人力增強器--步行機。 9?,F代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。 10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。 11。船槳模仿的是魚的鰭。 12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。 13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。 14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。 15。壁虎腳趾對制造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。 16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等
●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,其后翊在陽光下時而金黃,時而翠綠,有時還由紫變藍??茖W家通過對蝴蝶色彩的研究,為軍事防御帶來了極大的稗益。在二戰期間,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御設施。蘇聯昆蟲學家施萬維奇根據當時人們對偽裝缺乏認識的情況,提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發現的道理,在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此,盡管德軍費盡心機,但列寧格勒的軍事基地仍然無恙,為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理,后來人們還生產出了迷彩服,大大減少了戰斗中的傷亡。 人造衛星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化,有時溫差可高達兩、三百度,嚴重影響許多儀器的正常工作??茖W家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調節體溫的啟發,將人造衛星的控溫系統制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式,在每扇窗的轉動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲,隨溫度變化可調節窗的開合,從而保持了人造衛星內部溫度的恒定,解決了航天事業中的一大難題。 甲蟲 甲蟲自衛時,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??茖W家將其解剖后發現甲蟲體內有3個小室,分別儲有二元酚溶液、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生化學反應,瞬間就成為100℃的毒液,并迅速射出。這種原理目前已應用于軍事技術中。二戰期間,德國納粹為了戰爭的需要,據此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發動機,安裝在飛航式導彈上,使之飛行速度加快,安全穩定,命中率提高,英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產生毒劑的化學物質分裝在兩個隔開的容器中,炮彈發射后隔膜破裂,兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內混合并發生反應,在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產、儲存、運輸,安全且不易失效。螢火蟲可將化學能直接轉變成光能,且轉化效率達100%,而普通電燈的發光效率只有6%。人們模仿螢火蟲的發光原理制成的冷光源可將發光效率提高十幾倍,大大節約了能量。另外,根據甲蟲的視動反應機制研制成功的空對地速度計已成功地應用于航空事業中。 蜻蜓 蜻蜓通過翅膀振動可產生不同于周圍大氣的局部不穩定氣流,并利用氣流產生的渦流來使自己上升。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飛行,其向前飛行速度可達72公里/小時。此外,蜻蜓的飛行行為簡單,僅靠兩對翅膀不停地拍打??茖W家據此結構基礎研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時,常會引起劇烈振動,甚至有時會折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時安然無恙,于是人們效仿蜻蜓在飛機的兩翼加上了平衡重錘,解決了因高速飛行而引起振動這個令人棘手的問題。 為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動力學以及其飛行的效率,一個四葉驅動,用遠程水平儀控制的機動機翼(翅膀)模型被研制,并第一次在風洞內測試了各項飛行參數。 第二個模型試圖安裝一個以更快頻率飛行的翅膀,達到每秒18次震動的速度。有特色的是,這個模型采用了可變可調節前后兩對機翼之間相差的裝置。 研究的中心和長遠目標,是要研究使用“翅膀”驅動的飛機表現,以及與傳統的螺旋推動器驅動的飛機效率的比較等等。 蒼蠅 家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術,這使得它很難被人類抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設想到了每一種情況,非常小心,并能快速移動。那么,它是怎么做到的呢? 昆蟲學家研究發現,蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當它飛行時,平衡棒以一定的頻率進行機械振動,可以調節翅膀的運動方向,是保持蒼蠅身體平衡導航儀??茖W家據此原理研制成一代新型導航儀——振動陀螺儀,大在改進了飛機的飛行性能,可使飛機自動停止危險的滾翻飛行,在機體強烈傾斜時還能自動恢復平衡,即使是飛機在最復雜的急轉彎時也萬無一失。蒼蠅的復眼包含4000個可獨立成像的單眼,能看清幾乎360度范圍內的物體。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,在軍事、醫學、航空、航天上被廣泛應用。蒼蠅的嗅覺特別靈敏并能對數十種氣味進行快速分析且可立即作出反應??茖W家根據蒼蠅嗅覺器官的結構,把各種化學反應轉變成電脈沖的方式,制成了十分靈敏的小型氣體分析儀,目前已廣泛應用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場所來檢測氣體成分,使科研、生產的安全系數更為準確、可靠。 蜂類 蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成,每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成,這些結構與近代數學家精確計算出來的——菱形鈍角109○28’,銳角70○32’完全相同,是最節省材料的結構,且容量大、極堅固,令許多專家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板,強度大、重量輕、不易傳導聲和熱,是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。蜜蜂復眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片,可利用太陽準確定位??茖W家據此原理研制成功了偏振光導航儀,被廣泛用于航海事業中。 蒼蠅、螢火蟲、電魚、水母,見下詳述。 第五個:章魚的吸盤~ 仿生學是一門模仿生物的特殊本領,利用生物的結構和功能原理來研制機械或各種新技術的科學。據傳說,我國古代著名工匠魯班,上山伐樹時,被絲矛草割破了手。他覺得奇怪,一棵小草怎么會這樣厲害?經過仔細觀察,他發現絲茅草葉子的邊緣長著許多鋒利的細齒。于是魯班發明了木工用的鋸子。據推測,古代木船的發明,是從魚類的游泳得到了啟示。在發明飛機的過程中,人們也從蟲、鳥的飛行中學到了許多有用的知識。 現在,科學家們正帶著定向、導航、探測、能量轉換、信息處理、生物合成、結構力學和流體力學等眾多的科學難題,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,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。 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”,它靠什么來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,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。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大后,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。 這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發明了電燈,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變成可見光,其余大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害于人眼。那么,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,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。 科學家研究發現,螢火蟲的發光器位于腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。 早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發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閃光燈。由于這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
●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。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。 2。從螢火蟲到人工冷光; 3。電魚與伏特電池; 4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。 5。人們根據蛙眼的視覺原理,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,準確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統后,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。 電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。 6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、臺階、橋上的人等。如今,有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。 7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。 8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿制了人力增強器--步行機。 9?,F代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。 10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。 11。船槳模仿的是魚的鰭。 12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。 13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。 14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。 15。壁虎腳趾對制造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。 16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。夠你用了...
●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。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。 2。從螢火蟲到人工冷光; 3。電魚與伏特電池; 4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。 5。人們根據蛙眼的視覺原理,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,準確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統后,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。 電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。 6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、臺階、橋上的人等。如今,有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。 7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。 8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿制了人力增強器--步行機。 9?,F代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。 10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。 11。船槳模仿的是魚的鰭。 12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。 13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。 14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。 15。壁虎腳趾對制造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。 16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。夠你用了...

關于仿生學的資料(簡寫)

●動物仿生學生物學家通過對蛛絲的研究制造出高級絲線,抗撕斷裂降落傘與臨時吊橋用的高強度纜索。船和潛艇來自人們對魚類和海豚的模仿。響尾蛇導彈等就是科學家模仿蛇的“熱眼”功能和其舌上排列著一種似照相機裝置的天然紅外線感知能力的原理,研制開發出來的現代化武器?;鸺绽玫氖撬?、墨魚反沖原理??蒲腥藛T通過研究變色龍的變色本領,為部隊研制出了不少軍事偽裝裝備??茖W家研究青蛙的眼睛,發明了電子蛙眼。白蟻不僅使用膠粘劑建筑它們的土堆,還可以通過頭部的小管向敵人噴射膠粘劑。于是人們按照同樣的原理制造了工作的武器-一塊干膠炮彈。美國空軍通過毒蛇的“熱眼”功能,研究開發出了微型熱傳感器。我國紡織科技人員利用仿生學原理,借鑒陸地動物的皮毛結構,設計出一種KEG保溫面料,并具有防風和導濕的功能。根據響尾蛇的頰窩能感覺到0.001℃的溫度變化的原理,人類發明了跟蹤追擊的響尾蛇導彈。人類還利用蛙跳的原理設計了蛤蟆夯。人類模仿警犬的高靈敏嗅覺制成了用于偵緝的“電子警犬”??茖W家根據野豬的鼻子測毒的奇特本領制成了世界上第一批防毒面具。仿生學是人類一直使用的方法,如模仿海豚皮而構造的"海豚皮游泳衣"、科學家研究鯨魚的皮膚時,發現其上有溝漕的結構,于是有個科學家就依照鯨魚皮構造,造成一個薄膜蒙在飛機的表面,據實驗可節約能源3%,若全國的飛機都蒙上這樣的表面,每年可節約幾十億。又如有科學家研究蜘蛛,發現蜘蛛的腿上沒有肌肉,有腳的動物會走,主要是靠肌肉的收縮,現在蜘蛛沒有肌肉為什么會走路?經研究蜘蛛不是靠肌肉的收縮進行走路的,而是靠其中的"液壓"的結構進行走路,據此人們發明了液壓步行機……總之,從自然界得到啟迪,模仿其結構進行發明創造.這就是仿生學. 這是我們向自然界學習的一個方面。另一方面,我們還可以從自然的規律中得到啟迪,利用其原理進行設計(包括設計算法),這就是智能計算的思想。智能計算智能計算,也有人稱之為"軟計算",就是借用自然界(生物界)規律的啟迪,根據其原理,模仿設計求解問題的算法。如:人工神經網絡技術、遺傳算法、進化規劃、模擬煺火技術和群集智能技術等。群集智能(Swarm Intelligence)群居昆蟲以集體的力量,進行覓食、御敵、筑巢的能力。這種群體所表現出來的"智能",就稱之為群體智能。如蜜蜂采蜜、筑巢、螞蟻覓食、筑巢等。從群居昆蟲互相合作進行工作中,得到啟迪,研究其中的原理,以此原理來設計新的求解問題的算法。螞蟻算法螞蟻覓食時,在它走過的路上,留下外激素,這些外激素就象留下路標一樣,留給后來"蟻"一個路徑的標志。后面的螞蟻,就會沿著有外激素的路徑行走(外激素越多引誘螞蟻的能力就越強)??茖W家們對此進行過試驗:用人造的外激素在紙上畫上一條路徑,對螞蟻進行試驗。結果螞蟻果然都沿畫有外激素的路徑行走。BD蟻穴 AC 食物螞蟻尋食時,由蟻穴出發,可沿AC,也可沿ABC(見上圖),設各螞蟻尋到食物后沿原路回穴,并在路上留下外激素,那么因AC路徑短,故當它們沿AC返回時,就在AC上留下兩次外激素。而沿ABC返回者,因其路徑長,僅回到D點,于是AD一段只留過一次外激素(即其上的外激素的濃度比AC上的濃度淡),故這時從蟻穴出來尋食者就會沿濃度大的路徑AC行走……最后大多數的螞蟻都會沿較短的路程進行尋食. 利用這個原理科學者們就設計了螞蟻算法(進行求最短程)。上面是個簡單的原理,當然要設計出切實可行的算法,還要將模型進一步精確,如要計及外激素的揮發(即激素的濃度將隨時間而逐步降低等等).用螞蟻算法求最短程1.一群螞蟻隨機從出發點出發,遇到食物,銜住食物,沿原路返回2. 螞蟻在往返途中,在路上留下外激素標志3. 外激素將隨時間逐漸蒸發(一般可用負指數函數來描述,即乘上因子e-at)4. 由蟻穴出發的螞蟻,其選擇路徑的概率與各路徑上的外激素濃度成正比螞蟻算法還可以應用于很多實際問題,例如用于重建通訊路由,管理公司的電話網,對用戶記帳 收費等工作,任務分配問題等不要停,繼續思索進一步,將每個螞蟻看成是一個神經元,它們之間的通訊聯絡,看成是各神經元之間的連接,只不過這時的連接不是固定的,而是隨機的。即用一個隨機連接的神經網絡來描述一個群體。這種神經網絡所具有的性質,就是群體的智能科學家們從蜻蜓翅膀末端的一塊比周圍略大一些的厚斑點得到了啟示,從而解決了飛機機翼因劇烈抖動而破碎的現象。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,其后翊在陽光下時而金黃,時而翠綠,有時還由紫變藍??茖W家通過對蝴蝶色彩的研究,為軍事防御帶來了極大的稗益。在二戰期間,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御設施。蘇聯昆蟲學家施萬維奇根據當時人們對偽裝缺乏認識的情況,提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發現的道理,在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此,盡管德軍費盡心機,但列寧格勒的軍事基地仍然無恙,為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理,后來人們還生產出了迷彩服,大大減少了戰斗中的傷亡。人造衛星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化,有時溫差可高達兩、三百度,嚴重影響許多儀器的正常工作??茖W家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調節體溫的啟發,將人造衛星的控溫系統制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式,在每扇窗的轉動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲,隨溫度變化可調節窗的開合,從而保持了人造衛星內部溫度的恒定,解決了航天事業中的一大難題。甲蟲甲蟲自衛時,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??茖W家將其解剖后發現甲蟲體內有3個小室,分別儲有二元酚溶液、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生化學反應,瞬間就成為100℃的毒液,并迅速射出。這種原理目前已應用于軍事技術中。二戰期間,德國納粹為了戰爭的需要,據此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發動機,安裝在飛航式導彈上,使之飛行速度加快,安全穩定,命中率提高,英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產生毒劑的化學物質分裝在兩個隔開的容器中,炮彈發射后隔膜破裂,兩種毒劑中間體在彈體飛行的8-10秒內混合并發生反應,在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產、儲存、運輸,安全且不易失效。螢火蟲可將化學能直接轉變成光能,且轉化效率達100%,而普通電燈的發光效率只有6%。人們模仿螢火蟲的發光原理制成的冷光源可將發光效率提高十幾倍,大大節約了能量。另外,根據甲蟲的視動反應機制研制成功的空對地速度計已成功地應用于航空事業中。蜻蜓蜻蜓通過翅膀振動可產生不同于周圍大氣的局部不穩定氣流,并利用氣流產生的渦流來使自己上升。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飛行,其向前飛行速度可達72公里/小時。此外,蜻蜓的飛行行為簡單,僅靠兩對翅膀不停地拍打??茖W家據此結構基礎研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時,常會引起劇烈振動,甚至有時會折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時安然無恙,于是人們效仿蜻蜓在飛機的兩翼加上了平衡重錘,解決了因高速飛行而引起振動這個令人棘手的問題。為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動力學以及其飛行的效率,一個四葉驅動,用遠程水平儀控制的機動機翼(翅膀)模型被研制,并第一次在風洞內測試了各項飛行參數。第二個模型試圖安裝一個以更快頻率飛行的翅膀,達到每秒18次震動的速度。有特色的是,這個模型采用了可變可調節前后兩對機翼之間相差的裝置。研究的中心和長遠目標,是要研究使用“翅膀”驅動的飛機表現,以及與傳統的螺旋推動器驅動的飛機效率的比較等等。蒼蠅家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術,這使得它很難被人類抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設想到了每一種情況,非常小心,并能快速移動。那么,它是怎么做到的呢?昆蟲學家研究發現,蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當它飛行時,平衡棒以一定的頻率進行機械振動,可以調節翅膀的運動方向,是保持蒼蠅身體平衡導航儀??茖W家據此原理研制成一代新型導航儀--振動陀螺儀,大在改進了飛機的飛行性能,可使飛機自動停止危險的滾翻飛行,在機體強烈傾斜時還能自動恢復平衡,即使是飛機在最復雜的急轉彎時也萬無一失。蒼蠅的復眼包含4000個可獨立成像的單眼,能看清幾乎360度范圍內的物體。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,在軍事、醫學、航空、航天上被廣泛應用。蒼蠅的嗅覺特別靈敏并能對數十種氣味進行快速分析且可立即作出反應??茖W家根據蒼蠅嗅覺器官的結構,把各種化學反應轉變成電脈沖的方式,制成了十分靈敏的小型氣體分析儀,目前已廣泛應用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場所來檢測氣體成分,使科研、生產的安全系數更為準確、可靠。蜂類蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成,每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成,這些結構與近代數學家精確計算出來的--菱形鈍角109○28’,銳角70○32’完全相同,是最節省材料的結構,且容量大、極堅固,令許多專家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板,強度大、重量輕、不易傳導聲和熱,是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。蜜蜂復眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片,可利用太陽準確定位??茖W家據此原理研制成功了偏振光導航儀,被廣泛用于航海事業中。蒼蠅、螢火蟲、電魚、水母,見下詳述。第五個:章魚的吸盤~仿生學是一門模仿生物的特殊本領,利用生物的結構和功能原理來研制機械或各種新技術的科學。據傳說,我國古代著名工匠魯班,上山伐樹時,被絲矛草割破了手。他覺得奇怪,一棵小草怎么會這樣厲害?經過仔細觀察,他發現絲茅草葉子的邊緣長著許多鋒利的細齒。于是魯班發明了木工用的鋸子。據推測,古代木船的發明,是從魚類的游泳得到了啟示。在發明飛機的過程中,人們也從蟲、鳥的飛行中學到了許多有用的知識?,F在,科學家們正帶著定向、導航、探測、能量轉換、信息處理、生物合成、結構力學和流體力學等眾多的科學難題,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,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。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”,它靠什么來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的“鼻子”--嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,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。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大后,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。從螢火蟲到人工冷光自從人類發明了電燈,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變成可見光,其余大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害于人眼。那么,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,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為“冷光”。在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光??茖W家研究發現,螢火蟲的發光器位于腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發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閃光燈。由于這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作?,F在,人們已能用摻和某些化學物質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生電,僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚,統稱為“電魚”。各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。電魚放電的奧秘究竟在哪里?經過對電魚的解剖研究, 終于發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由于電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位于尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發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。單個電板產生的電壓很微弱,但由于電板很多,產生的電壓就很大了。電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,意大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那么,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。水母的順風耳“燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴?!鄙锏男袨榕c天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8-13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,于是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當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,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要幫助

迷彩服是由那個仿生學發明的?例子還有資料。要快!老師急著讓寫作文!

●迷彩服是一種利用顏色色塊使士兵形體融匯于背景色的偽裝性軍服。 古代的軍服往往選用比較醒目的顏色, 這可使軍容鮮明,容易識別,而且使用紅色的較多。這可以掩蓋血跡,以減少本方士兵因此而發生的恐慌。 最早使用的偽裝性顏色軍服的是英國軍隊。1864年12月,英軍大尉哈里·巴納特·拉姆斯汀在巴基斯坦白沙瓦地區組織非正規軍“英國陸軍偵察隊”。在制做偵察隊軍服時,拉姆斯汀針對當地黃土地裸露多,風沙大的特點,為了偵察時便于偽裝,選定了土黃色軍服。在后來的作戰行動中,這種軍服起到了較好的偽裝效果。 1899年,英軍入侵南非,與當地的荷蘭人后裔布“布爾人”進行持續3年的“英布戰爭”。布爾人兵力少,英軍人多,雙方兵力對比約為1 :5。但布爾人發現,英軍穿紅色軍服,在南非的森林和熱帶草原的綠色中格外醒目,極易暴露。布爾人從中受到啟發,立即將自己的服裝和槍炮改為草綠色,便于在密草叢林中隱藏。布爾人常常神不知鬼不靠近英軍,突然發動襲擊,打得英軍措手不及,而英軍想打卻難以發現目標。這場戰爭雖然最終是英軍取得了勝利,但英軍傷亡達9萬多人遠遠超過了布爾人軍隊的傷亡人數。 這場戰爭使歐洲各國認識到在現代戰場上人員偽裝的重要性,紛紛裝鮮艷的軍服顏色改為綠色或黃色,以達到隱蔽的目的。第一次世界大戰以后,各種光學偵察器材的出現,使穿著單一顏色軍服的士兵很難適應多種顏色的背景環境。1929年,意大利研制出世界上最早的迷彩服,它有棕,黃,綠和黃褐4種顏色。1943年,德國為部分士兵裝備了3色迷彩軍服。這種迷彩服遍布形狀不規則的3色斑塊,一方面這些斑塊可歪曲人體的線條輪廓,另一方面其中部分斑塊顏色與背景色近似一體,部分斑塊又與背景色差別明顯,從視覺效果上分割了人體外形,從而達到偽裝變形的效果。 德軍的迷彩服在實戰中收到了很好的效果,后來各國軍隊紛紛仿效,并對迷彩的顏色和斑塊的形狀進行研究改進。60年代以后新研制的迷彩服采用合成化學纖維制成,不僅在防可見光偵察方面比原先的棉布材料優越,而且由于在色彩染料中摻進了特殊的化學物質,使迷彩服的紅外光反射能力與周圍景物的反射能力大體相似,因而具有了一定的防紅外光偵察的偽裝效果。迷彩已不僅僅是在士兵的軍服和砂盔上使用,各種軍用車輛,大炮 ,飛機等軍用器材裝備上也普遍涂上了迷彩。

關于仿生學的資料,急?。?!

●仿生學 蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它??墒巧n蠅的楫翅(又叫平衡棒)是“天然導航儀”,人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復眼”,由30O0多只小眼組成,人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”?!跋壯弁哥R”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用于印刷制版和大量復制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量?!跋壯弁哥R”是一種新型光學元件,它的用途很多。 自然界形形色色的生物,都有著怎樣的奇異本領?它們的種種本領,給了人類哪些啟發?模仿這些本領,人類又可以造出什么樣的機器?這里要介紹的一門新興科學——仿生學。 鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之,三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前,意大利人利奧那多·達·芬奇和他的助手對鳥類進行仔細的解剖,研究鳥的身體結構并認真觀察鳥類的飛行。設計和制造了一架撲翼機,這是世界上第一架人造飛行器。 以上這些模仿生物構造和功能的發明與嘗試,可以認為是人類仿生的先驅,也是仿生學的萌芽。 【發人深省的對比】 人類仿生的行為雖然早有雛型,但是在20世紀40年代以前,人們并沒有自覺地把生物作為設計思想和創造發明的源泉??茖W家對于生物學的研究也只停留在描述生物體精巧的結構和完美的功能上。而工程技術人員更多的依賴于他們卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,進行著人工發明。他們很少有意識的向生物界學習。但是,以下幾個事實可以說明:人們在技術上遇到的某些難題,生物界早在千百萬年前就曾出現,而且在進化過程中就已解決了,然而人類卻沒有從生物界得到應有的啟示。 首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題,將研究所得的生物資料予以簡化,吸收對技術要求有益的內容,取消與生產技術要求無關的因素,得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析,并使其內在的聯系抽象化,用數學的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數學模型;最后數學模型制造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中,不僅僅是簡單的仿生,更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復,才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果,使最終建成的機器設備將與生物原型不同,在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力,電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。 仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點,就是整體性。從仿生學的整體來看,它把生物看成是一個能與內外環境進行聯系和控制的復雜系統。它的任務就是研究復雜系統內各部分之間的相互關系以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復制,它們與外界的聯系是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量,才能進行生長和繁殖;生物從環境中接受信息,不斷地調整和綜合,才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一,局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關系,即著重于數量關系的統一性,才能進行模擬。為達到此目的,采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此,仿生學的研究方法必須著重于整體。 仿生學的研究內容是極其豐富多彩的,因為生物界本身就包含著成千上萬的種類,它們具有各種優異的結構和功能供各行業來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內,仿生學的研究得到迅速的發展,且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建筑仿生、化學仿生等。隨著現代工程技術的發展,學科分支繁多,在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如:航海部門對水生動物運動的流體力學的研究;航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航;工程建筑對生物力學的模擬;無線電技術部門對于人神經細胞、感覺器宮和神經網絡的模擬;計算機技術對于腦的模擬似及人工智能的研究等。在第一屆仿生學會議上發表的比較典型的課題有:“人造神經元有什么特點”、“設計生物計算機中的問題”、“用機器識別圖像”、“學習的機器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究,即動物的感覺器官、神經元、神經系統的整體作用。以后在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來,近些年又出現新的分支,如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。 總之,仿生學的研究內容,從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處于一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代,仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來,同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下,使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變;在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養,加速科學的發展。閃此,仿生學的科研顯示出無窮的生命力,它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。 【仿生學的研究范圍】 仿生學的研究范圍主要包括:力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。 ◇力學仿生,是研究并模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質,以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如,建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑,模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行揣流,提高航速; ◇分子仿生,是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構后,合成了一種類似有機化合物,在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克,便可誘殺雄蟲; ◇能量仿生,是研究與模仿生物電器官生物發光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程; ◇信息與控制仿生,是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網絡、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據象鼻蟲視動反應制成的“自相關測速儀”可測定飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網絡的工作原理,研制成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上,并在此基礎上構造出新型計算機。 模仿人類學習過程,制造出一種稱為“感知機”的機器,它可以通過訓練,改變元件之間聯系的權重來進行學習,從而能實現模式識別。此外,它還研究與模擬體內穩態,運動控制、動物的定向與導航等生物系統中的控制機制,以及人-機系統的仿生學方面。 某些文獻中,把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生,而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。 仿生學的范圍很廣,信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由于自動化向智能控制發展的需要,另一方面是由于生物科學已發展到這樣一個階段,使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智能和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究,大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬,生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。 控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程,都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬件系統;而生物控制論則從控制論的一般原理,從技術科學的理論出發,為生物行為尋求解釋。 最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在于直接復制每一個細節,而是要理解生物系統的工作原理,以實現特定功能為中心目的?!阏J為,在仿生學研究中存在下列三個相關的方面:生物原型、數學模型和硬件模型。前者是基礎,后者是目的,而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。 由于生物系統的復雜性,搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期,而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作,這是限制仿生學發展速度的主要原因。 【仿生學的現象】 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。 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”,它靠什么來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,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。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大后,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。 這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發明了電燈,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變成可見光,其余大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害于人眼。那么,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,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。 科學家研究發現,螢火蟲的發光器位于腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。 早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發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閃光燈。由于這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。 現在,人們已能用摻和某些化學物質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生電,僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚,統稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。 電魚放電的奧秘究竟在哪里?經過對電魚的解剖研究, 終于發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由于電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位于尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發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。單個電板產生的電壓很微弱,但由于電板很多,產生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,意大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那么,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。 水母的順風耳 “燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴?!鄙锏男袨榕c天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。 水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。 原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,于是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。 仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當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,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。 開放分類: 生物、自然科學、自然、仿生學、學科

本文地址:http://www.szxyfys.com/13774.html
關注我們:微信公眾號:掃描二維碼慧學在線的微信號,公眾號:********
版權聲明:本文為原創文章,版權歸 admin 所有,歡迎分享本文,轉載請保留出處!
PREVIOUS:已經是最后一篇了

發表評論


表情