第六讲-昆虫资源及其开发利用(1)

挑“灯”夜 读
二.
家蚕(Bombyx mori L.)，又叫桑蚕，属蚕蛾科 (Bombycidae), 是由野蚕(B. madarina Moore)经过 长期饲养所驯化的物种。 在漫长的岁月中，人们通过选择的方法，选留吐 丝多、结茧大的个体做种，又用杂交原理，把不同 的性状结合在同一个体中而育成新的类型。这样， 就有了茧色、体态、斑纹变化多端的数百个品种。
世界各国对虫型飞行器的研制与开发工作日益重视，并 不断有新的产品研发出来。
虫型飞行器在军事和各方面设想、研制与应用：
在战时对目标进行监视、监听和跟踪，收集视觉、化学和生物情 报；
携带高能炸药引爆各种特定目标；
用作雷达干扰器，对雷达进行有效的干扰； 用于野外勘察、航空摄影、环境监测等工作； 监视害虫发生、跟踪野生动物群、监控交通。
如在纸币或信用卡上也布满小坑，这样无论制造伪钞 者将假币印制得在外表上多么与真币相似，他们绝没有 技术也在假币上布满大小都与真币一样的小坑，只要用 专门的光学设备发出极化光一照，看反射光的极化方向， 就会真假立现。
军事伪装 五彩的蝴蝶的翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时 还由紫变蓝，科学家通过对蝴蝶色彩的研究，大量利 用于军事防御上。 二战期间，苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们 对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛 中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般 的伪装。尽管德军狂轰烂炸，但列宁格勒的军事基地 靠伪装得以保护下来，为赢得最后的胜利奠定了坚实 的基础。
4.苍蝇与仿生
昆虫学家研究发现，苍蝇平衡棒以一定 的频率进行机械振动，可以调节翅膀的 运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航 仪。
科学家据此原理研制成一代新型导航 仪——振动陀螺仪，大大改进了飞机的 飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚 翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢 复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯 时也万无一失。
昆虫仿生实例
1. 蜻蜒与仿生 自从1903年12月17日，被世人誉为“航空之父”的莱特兄弟发 明、制造的飞机成功飞行以后，飞机设计制造技术及其性能不断 变化发展。可是，当飞机飞行速度发展到一定程度时，飞机机翼 产生了颤振现象。而且，飞机飞得越快，机翼的颤振越强烈，经 常造成机翼折断，发生机毁人亡的空难悲剧。 颤振问题限制了飞机的飞行速度。
在倒塌的建筑中矿井寻找幸存者或侦查藏匿在深山中的恐怖分子；
在医学虫形机器人进行人体腔内手术（负责研制机器蝇的 Fearing博士，设想用苍蝇大小虫形机器人直接从经口或鼻孔进 入胃中）。
苍蝇机器人假想图
在机器苍蝇的试验台上，电气工程师 隆·费因及其学生用高速照相机记录升力 和推力
机器苍蝇 果蝇
广州新快报2008.11.24
从理论上讲，昆虫的小眼的夜视能力比人类的大眼睛差远了，但是， 昆虫视觉系统有独特的处理光信号方式，它们能够更好地利用微光。
苍蝇触角的功能：
苍蝇的嗅觉感受器分布在触角上，每个感受器是一 个小腔，每个小腔内都有上百个神经元，含有感觉 神经元的嗅觉杆突入其中，所以这种感受器非常灵 敏。用各种化学物质的蒸气刺激苍蝇的触角，从头 部神经节引导生物电位时，可记录到不同气味的物 质产生的电信号，并能测量出神经脉冲的振幅和频 率。 科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反 应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气 体分析仪。这种仪器现已装置在航天飞船的座舱内 用以检测飞船内空气质量的变化。
蝗虫的产卵器和钻井装置、
腹节的构造与套筒装置、 腺体系统与火箭设计等。
4.昆虫的生理与仿生：
几丁质与仿生材料；


弹性素与弹跳鞋；
肌肉发动机和燃料电池；

昆虫的泌丝与人造纤维。
5.昆虫的行为与仿生： 昆虫的飞行与虫形飞机； 昆虫的巢穴与建筑； 昆虫的发音与仿生； 昆虫的发光与仿生； 昆虫的化学通讯与仿生； 毛虫的行走与战地越野车；
机器苍蝇的翅膀由塑料管和比果 蝇翅膀轻的超薄钢板制成， 二类翅的比较图
美国加利福尼亚大学伯克利分校的 生物学家和技术专家发明了一种小 型飞行器 --“苍蝇”间谍。
由碳纤维制成的机器苍蝇构架和翅 膀比较显得大了些，但它的重量比 果蝇轻。
美国加州大学的科学家们正在研制一种自动飞行 的人造苍蝇，命名为“机器苍蝇”。这项由美国 政府投资250万美元的工程，目的是研制大小与 曲别针相仿而重量只有43毫克的自动飞行器，用 来进行侦察甚至窃听工作。
据考古发现，约在4700年前中国已利用蚕丝制做 丝线、编织丝带和简单的丝织品。
据专家研究，最初发现蚕茧可以抽丝，有多种可能。蚕蛹 大概是先民的食品之一，剥食时先要撕去茧衣，再咬破茧 壳。由于偶然的原因，有人将蚕茧放入口中，茧壳在唾液 中长时间浸润后，丝胶溶解，密缠的茧丝分离，因而无意 中发现了缠在蚕茧上的的茧丝。此外在撕咬茧壳的过程中， 也有可能会牵出丝来。经过反复实践，悟出在合适的水温 下就可以抽丝剥茧的道理，于是将蚕茧在热水中浸煮，脱 去丝胶，再缫(sao)取丝绪。这就是最早的缫丝技术。
人们仿其构造用各种材料制成蜂巢 式夹层结构板，强度大、重量轻、 不易传导声和热，是建筑及制造航 天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的 理想材料。
英国西南沿海的康沃尔郡伊甸园，如蜂巢的巨型球体全球是最大温室。
6.科学家模仿昆虫制造了太空机器人
澳大利亚国立大学通过对几种昆虫的研究，已经 研制出一个小型的导航和飞行控制装置，这种装 置可以用来装备用于火星考察的小型飞行器。
萤光素
氧气
荧光酶作用
发出 荧光
萤火虫的发光器官在腹部的第六节和第七节之间；从外表 看只是层银灰色的透明薄膜，在放大镜下观察，便可见到 数以千计的发光细胞，再下面是反光层，在发光细胞（主 要物质是荧光素和荧光酶）周围密布着小气管和密密麻麻 的纤细神经分支。
在新西兰北岛一个小城，成千上万 的萤火虫在岩洞内熠熠生辉，灿若 繁星，有人把这种自然奇观称为世 界第九大奇迹。这些发光体是当地 一种萤火虫的幼虫。它们聚集在一 起，形成了奇妙的景观。
科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪，早已广泛 用于航海事业中,使用这种罗盘，即使飞机在磁罗盘 失灵的南、北极上空，依然能准确地定向飞行。
蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形 小蜂房组成，每个小蜂房的底部由 3个相同的菱形组成，这些结构与 近代数学家精确计算出来的—菱形 钝角109°28，锐角70°32 完全相 同，是最节省材料的结构，且容量 大、极坚固，令许多专家赞叹不止。
间 谍 苍 蝇
蟑螂机器人
8.萤火虫与仿生 萤火虫发出来的光虽亮但没有热量，人们称这种光 为“冷光”。人类利用萤火虫几乎百分之百把化学能变 为光能的优点，制出冷光源，可提高电能利用效率几倍 到几十倍，而普通电灯的发光效率只有6% 。
由于萤火虫的光不带辐射热，物理学家们认为这是 非常理想的灯光，一般的灯泡开灯后热得发烫，而人们 并不需要灯光发热。人们模拟了萤火虫发光的原理生产 出日光灯（萤光灯）。
3. 跳蚤与仿生:
著名的“跳高健将” 跳蚤跳的高度是其身长的一百多倍。 跳蚤每四秒 钟跳一次，能够连续不断地跳78小时。垂直起跳所 用的力是它自身重量的140倍。 科学家认为，跳蚤经过几百万年的演变，翅膀逐渐 退化和消失了，翅膀上的莱西林转到了毗邻的大腿 上。跳蚤正是依靠莱西林“弹跳带”的巨大作用， 才“跳”得那么高的。
灭火器 火箭推动装置
昆虫与仿生学相关的五个方面：
1.昆虫的头部与仿生
昆虫的触角与各式各样的天线、 昆虫的复眼与蝇眼相机、虫眼导弹等。
2.昆虫的胸部与仿生
翅的花纹与军事伪装 鳞片结构与卫星控温 鳞片结构与防伪纸币 翅痣与飞机的减震装置

平衡棒与振动陀螺仪等
3.昆虫的腹部与仿生
蝴蝶翅膀与防伪纸币
英国埃克塞特大学薄膜光子实验室的物理学家乌维西克 和同事，几年前开始研究一种大凤蝶的翅膀，其颜色本 来是有黄有蓝，但在人眼里就成为闪闪发光的绿色。在 显微镜下翅膀上布满了下凹的小坑，这些坑太小，人眼 无法将从坑底反射的黄色光与周围两次反射的蓝色光区 分开来，从而感觉到的是绿色 。
蜻蜒在飞行速度40km/h时仍可以平稳的飞行，观察蜻蜓的翅膀会 发现在蜻蜓翅膀的末端有黑色有重量的斑纹——翅痣，为了防止 振动过度而设置的人们仿效的翅痣在飞机的两翼加上了平衡重锤， 解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。
2.蝴蝶与仿生： 人造卫星在太空中由于位置的不断变化可家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动 变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成 了正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式的叶片， 在窗的转动位置安装对温度敏感的金属丝，随温度变化可 调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解 决了航天事业中的一大难题。
蝇眼照相机
昆虫的复眼由许多小眼组成，人类仿效苍蝇复眼中小眼的 蜂窝型结构（复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清 几乎360°范围内的物体）制成了由1329块小透镜组成的 用于科研的“蝇眼照相机”，一次就能拍摄1329张高分辨 率（4千条线/cm）照片，在军事、医学、航空、航天上被 广泛应用。
5.蜜蜂与仿生
蜜蜂的复眼与偏振光导航仪
蜜蜂的复眼是由6300只小眼组成的，每只小眼里有8 个作辐射状排列的感光细胞，排列着对偏振光方向十 分敏感的偏振片，可利用太阳准确定位。 偏振光是指只在某个方向上振动或者某个方向的振动 占优势的光。太阳光本身并不是偏振光，但当它穿过 大气层，受到大气分子或尘埃等颗粒的散射后，便变 成了偏振光。
微电脑自动缫丝机
蚕茧的丝纤很细，只有20到30微米，难以单根使用，所以缫 丝时要集绪、绕丝，就是把若干个茧的丝绞合在一起，形成 一根生丝。
第 六 讲 昆虫资源及其开发利用
益虫
害虫
昆虫资源包括：
昆虫仿生
工业原料昆虫
食用昆虫 药用昆虫 饲用昆虫
一.昆虫与仿生
仿生学(bionics)
模仿生物建造技术装置的科学。
研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植 于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创 造新技术。 涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理 学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。
气步甲与二元化武器 气步源自自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷 惑、刺激和惊吓敌害。
甲虫体内有2个小室，分别储有对苯二酚、双氧水 和生物酶（过氧化物酶，过氧化氢酶）。二元酚 和双氧水流到第二小室与生物酶混合发生化学反 应，瞬间就成为100℃的毒液，并迅速射出。
二元化武器
美国军事专家受甲虫喷射原理的启发 研制出了先进的二元化武器。将两种 或多种能产生毒剂的化学物质分装在 两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜 破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的 8―10秒内混合并发生反应，在到达目 标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。
我国研制的SMA微小型机器人
深圳排爆专家和机器人对疑似炸弹 进行拆除。高贵彬摄 2008.03.12
7.虫形飞机：
指体积像昆虫一样大小的飞行器 1992年，美国国防部国防高级研究计划署开始进行论证 工作，并把它们的尺寸规定、重量、有效载荷、巡航 速度、续航时间、航程、飞行高度等都有了规定。
2000年7月，美国专利局还为Michelson所发明的多型电 机虫注册了专利，这意味着虫形飞机将从实验阶段进入 商业化阶段。
莱西林的弹性比任何一种橡胶都好。把来西林伸到 原来长度的3倍，绷紧几个月后再松开，刹时间它便 恢复了原状。莱西林恢复原状时，可以在千分之一 秒内把97％的能量释放出来。 人们正在研究莱西林的化学结构，并设法加以人工 模拟。可以预期，在不久的将来，人工合成的“莱 西林”将取代天然橡胶的位置。
英国一飞机制造公司从跳蚤垂直起跳的方式受到启 发，成功制了一种几乎能垂直起落的鹞式飞机。