仿生学火车

翠鸟和新干线高速列车工程师们在对日本的新干线高速列车进行升级之后，成功的将时速提升至320公里每小时，但新问题随之而来，如此之高的速度导致列车的噪音超出了环保标准，例如，当列车驶出狭窄的隧道时就会产生音爆。

音爆产生的部分原因在于列车粗短的子弹型车头会挤压前方的空气，而不是穿过去。

为了解决这个问题，工程师们从翠鸟的喙上找到了灵感，翠鸟鸟嘴的结构能让它在潜入水中时很少溅起水花。

翠鸟流线型的长喙从尖端到头部的直径是逐渐增大的，潜水时会让水流向身后。

通过将子弹头列车的车头部分改造成翠鸟鸟喙的形状，西日本铁路公司
（West�0�2Japan�0�2Railway�0�2Company）的工程师们成功开发出新型的500系列列车，并于1997年投入使用。

这种列车不仅噪音较低，而且行驶速度快了10%，电能消耗减少了15%。

苍蝇与宇宙飞船令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。

苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。

苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。

但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。

每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。

若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。

大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。

因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。

仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。

这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。

就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。

这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。

这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。

利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。

从萤火虫到人工冷光自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。

但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。

那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。

在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。

在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。

萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。

萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。

因此，生物光是一种人类理想的光。

科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。

这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。

发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。

在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。

萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。

早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。

近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。

由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。

由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。

电鱼与伏特电池自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种。

人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。

各种电鱼放电的本领各不相同。

放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。

中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。

电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究，终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。

这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。

由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。

电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。

单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。

电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。

19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。

因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。

对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那幺，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。

水母的顺风耳“燕子低飞行将雨，蝉鸣雨中天放晴。

”生物的行为与天气的变化有一定关系。

沿海渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海，就预示着风暴即将来临。

水母，又叫海蜇，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前,
它就漂浮在海洋里了。

这种低等动物有预测风暴的本能，每当风暴来临前，它就游向大海避难去了。

原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波(频率为每秒8—13次)，总是风暴来临的前奏曲。

这种次声波人耳无法听到，小小的水母却很敏感。

仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石，当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时，听石就剌激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。

仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。

把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。

这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义
中国首架仿生学共轴式双旋翼无人直升机19日在辽宁省沈阳市首次试飞，并成功完成空中悬停、航线、熄火降落等飞行动作。

因为采用仿生学设计，外观酷似跳跃的海豚，该机被冠以“海豚直升机”的名号。

设计者刘宾在试飞现场告诉记者，海豚式仿生学外观并不是用来观赏的噱头，流线型外观能够降低该机的风阻系数，机身双侧类似海豚鳍的双翼还能增加飞行时的稳定性，配合尾部的推进式尾桨，无风状态下该机时速可达200公里。

该机机身全长约1.85米，全备重量16公斤，最大起飞重量25公斤，任务载荷8公斤，可实现1800米的实用升限以及超过1小时的续航时间。

由于采用共轴双主旋翼设计，并复合尾桨，相比传统的单旋翼飞行器，安全性和稳定性均有较大提高。

刘宾说，这种设计给飞行器加上了多重保险：在单主旋翼、单尾旋翼、一对主尾旋翼或双尾旋翼发生故障时，直升机都能安全降落。

甚至在发动机空中熄火之后，飞行器也能平稳降落直至着陆。

据了解，该机由刘宾与天津大学组建的无人机联合研究室于3年前开始研制，其设计已获国家专利，设计创意在日前闭幕的“中航工业杯—国际无人飞行器创新大奖赛”上获得创意奖。

目前刘宾位于沈阳的无人机制造工厂已完成3台样机，并计划在近期批量生产。

仿生学的事例
(1）科学家从鱼儿在水中自由升降的现象得到启示，发明了潜水艇。

（2）科学家研究鸟儿飞行的原理，发明了飞机。

从蜻蜓那找到防止机毁人亡事故的方法。

研究苍蝇，蚊子，蜜蜂等动物的飞行特点，造出了许多具有各种优良性能的新式飞机。

（3）工程师模仿鲸的形体，改进了船体的设计，大大提高了轮船航行的速度。

（4）建筑师根据“薄壳结构”的特点，设计出许多既轻便又省料的建筑物。

（5）人们模仿袋鼠造出了会跳跃的越野汽车。

（6）人们模仿贝壳制成了外壳坚固的坦克。

（7）人们从蝙蝠身上得到启示，发明了雷达。

（8）人们从青蛙身上得到启示，发明了电子蛙眼。

（9）人们从变色龙身上得到启示，发明了迷彩服。

（10）鲁班从锯齿草身上得到启示，发明了锯子。

仿生学现象简表:
1。

由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。

已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。

2。

从萤火虫到人工冷光；
3。

电鱼与伏特电池；
4。

水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。

5。

人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。

这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。

把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。

这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。

特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。

电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。

在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。

在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。

6。

根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。

这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。

如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。

7。

模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。

8。

根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。

9。

现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。

10。

屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。

11。

船桨模仿的是鱼的鳍。

12。

锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。

13。

苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。

14。

嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。

15。

壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。

16。

贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。

16.树叶的排列和悉尼大剧院的建设
17.潜水艇和鱼的沉浮
人类的发明——来自动物的灵感
船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。

科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。

火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。

科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。

科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。

美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。

人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯(hang)。

人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。

仿生与高科技现代的雷达——一种无线电定位和测距装置:科学家研究发现蝙蝠不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵组成的回声定位系统。

因为蝙蝠在飞行时发出超声波，又能觉察出障碍物反射回来的超声波。

科学家据此设计出了现代的雷达——一种无线电定位和测距装置科学家通过对海豚游泳阻力小的研究发明了能提高鱼雷航速的人工海豚皮；以及模仿袋鼠在沙漠运动形式的无轮汽车(跳跃机)等。

前苏联科学院动物研究所的科学家在企鹅的启示下，他们设计了一种新型汽车－－“企鹅”牌极地越野汽车。

这种汽车的宽阔的底部，直接贴在雪面上，用轮勺撑动着前进，行驶速度可达50公里／小时。

科学家模仿昆虫制造了太空机器人。

澳大利亚国立大学的一个科研小组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。

英国科学家在仿生学启发下，正在研制一种可以靠尾鳍摆动以S形“游水”的潜艇新式潜艇的主要创新之处是使用了被称为“象鼻致动器”的装置。

“象鼻”由一组用薄而柔软的材料做成的软管组成，模仿肌肉活动，推动鳍的运动。

这种新式潜艇可以充当水底扫雷潜艇，用来对付最轻微的声响或干扰便会引爆的水雷。

（《中国国防报》）一教师发明六边形课桌学生们称道“其乐无穷” 宁波市一青年教师陈董发明一种六边形桌面的新型课桌，取代了教坛长期沿袭的传统长方形课桌。

陈董接受采访时说，设计这种新课桌的构思，受到了仿生学理论的启发，大自然中，六边形的蜂巢结构巧夺天工，六边形的雪花品体千姿百态……课桌桌面改革为六边形后，组合灵活、外观悦目，可以有效利用有限空间，活跃教室气氛，受到学生欢迎。

现至诚学校小学各班组已全面推广使用六边形课桌。

蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。

这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。

“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。

鸟类的翅膀具有许多特殊功能和结构，使得它们不仅善于飞行，而且会表演许多“特技”，这些特技还是目前人类的技术难以达到的。

小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，它既可以垂直起落，又可以退着飞。

在吮吸花蜜时，它不像蜜蜂那样停落在花上，而是悬停于空中。

这是多么巧妙的飞行啊。

制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机，已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。

在企鹅的启示下，人们设计了一种新型汽车“企鹅牌极地越野汽车”。

这种汽车用宽阔的底部贴在雪面上，用轮勺推动前进，这样不仅解决了极地运输问题，而且也可以在泥泞地带行驶。

苍蝇的眼睛，发明了蝇眼摄象机。

苍蝇的灵敏感知，发明了危险探测仪，用在危险工作场所鹰的滑翔技巧，发明了滑翔机。

鸟类的留线造型，改变了飞机的外型，更符合空气动力学。

鸟类的骨头，改进了飞行器的骨架结构，更轻，强度更高。

蝙蝠和海豚的声波探测，发明了超声波雷达。

飞机靠雷达在夜间飞行是人们从蝙蝠身上受到的启示仙人掌、蚂蚁，这些自然的事物随处可见，因此它们并不稀奇，但你可别小看它
们。

你是否看过一群小小的蚂蚁，在墙壁爬动著？它们时时抬著像沙子一般小的食物，成群结队的走动。

那细小的身材，生命十分柔弱，只要被人一压，它的一生，可能就这样结束。

蚂蚁虽然渺小，但非常团结。

一只蚂蚁找到食物，由於食物的体积太大，自己无法搬运，它便立刻回巢，通知夥伴，大家一起团结起来，就能成功了。

我们也是一样，如果不能团结，像一盘散沙一样，一点力量都没有；如果能合作，在做人处世上就能屹立不摇。

仙人掌生活在沙漠地区，那里酷热无比，还有许多恶毒的猛兽，处境十分危险。

但是仙人掌生活在那里许久，却不见它绝种，这是因为它为了适应险恶的环境，长出了尖锐的刺，使动物们无可奈何。

这似乎告诉我们，必须克服困难，外在艰苦的环境，要靠自己坚强的毅力去解决。

俗语说：「天下无难事，只怕有心人。

」就是这个道理。

大自然中，给我们的启示实在太多了，只要用心体会，都能让我们对生命有更深一层的体认，像仙人掌、蚂蚁，不都是很好的例子吗？
人们从大自然中汲取灵感已数十载.高速公路上的反射镜模拟猫的眼睛.今日我们称师法自然的科学为生物模仿学,这个领域已经是一个有百万美元产值的产业了。

1.鲨鱼皮-最新的导管热
鲨鱼皮,千万年来一直有办法保持清洁.现在借用鲨鱼皮，感染可能会绝迹。

Sharklet公司生产一种由鲨鱼皮概念而产生的塑料覆盖物。

目前正试用在医院里大多数人会摸到的物品表面，像是灯的开关、屏幕、把手。

目前为止在防止细菌上似乎是成功的。

Sharklet已经有了进一步的计划，他的下一个企划是替常常造成感染的导管做朔胶覆盖物。

2. 蝙蝠魔杖-神奇！
这个手杖利用回波测试法，跟蝙蝠用来探测环境的知觉系统相同。

每秒它可以释放6万个超音波，并感应回弹的波长。

当某些回来快一点，那意味着有某个物体在附近，此时手杖的把手就会震动。

采用这个技术，不仅可以看见在地面上的物体，如空罐子或消防栓，还可以侦测地面以上的物体，如低挂的号志和树枝。

手杖的输入及回报系统是无声的，因此使用者可以同时听到周遭的所有声音。

3. 火车整了形-因为鸟！
当1964年日本建造第一部日本新干线子弹列车的时候，它能够以每小时120公里快速行驶。

但这么快有一个恼人的副作用：每当列车高速行驶于隧道时，会产生轰隆隆的声音。

当工程师兼鸟类爱好者Eiji Nakatsu加入后，他实验了不同的列车车头形状，他发现目前为止以像鱼狗喙的形状的最好。

今日日本的高速列车长长的，像鸟嘴一般的车头的形状可以帮助列车安静地快速驶离隧道。

事实上，这样的设计让列车相较于之前的设计速度上快了百分之十，也节省了百分之十五的燃料。

4.鲸的前鳍--神奇能量的秘密！
座头鲸前侧有垒球般大突起的前鳍，能够划过水面，让它悠游在海洋里。

但根据流动力学原理，这突起应该会妨碍前鳍的运动。

根据他的研究，费雪为风扇设计具突出边缘的叶片，叶片划过空气的效率比一般标准的风扇高百分20。

他成立一家叫鲸鱼能量的公司来生产他的产品，很快地会将这项节能的技术授权给世界各地的公司工厂。

但费雪心中的大鱼是风力能源。

他相信只要加一些结节在涡轮机的叶片上将会改进整个产业，使得风力的价值更胜以往。

5.机械蛇怪蜥蜴能干吗？
蛇怪蜥蜴被称为耶稣基督蜥蜴是有原因的。

它能在水上走，更正确地说是跑！比昆虫大很多的蛇怪蜥蜴之所以能够停留在水上靠的是它的脚以正确的角度像骑脚踏车般的踩动着。

所以身体能够高出水面，往前快跑。

2003年，卡内基美隆大学的机械人学教授梅庭西用蛇怪蜥蜴做为不可思议的生物机械学的例子时，他突然想到是否能模仿相同的技巧制造一个机械人呢？
这并不是一件简单的事。

不但马达必须极端的轻，每次脚踩水的动作也必须完美。

在几个月的工作后，西提和他的学生们终于能够做出第一个能走在水面上的机械人了。

7.树蜂-钻洞它最瞭!
别被树蜂尾巴拿两根像鞭子一样的针吓到。

那是钻嘴，不是毒刺。

树蜂使用这些有时候比身体还长的针钻进他们下幼虫的树，
英格兰巴斯大学的天文学家认为树蜂的钻子在太空中可以发挥作用。

科学家很早就知道要在火星上找出生物来，可能必须做挖掘的动作，但是没有足够的引力，他们不确定如何才能够有足够的压力来钻勘火星坚硬的地表。

从树蜂得到灵感，研究人员设计了一种在尾端带刃的锯子，那会产生反作用力，像树蜂的针一样。

理论上来说，这个装置也可以应用在流星表面，因为流星也不具任何引力。

8.龙虾的眼睛-仔细看喔！
X光机体积这么他大是有道理的。

不像其它可见光，x光不会转弯，所以不好操作。

在机场和医疗院所我们能够扫描袋子或人的唯一方法是同时将大量的射线打在标的物上，因此需要巨大的设备。

但是龙虾栖息于海平面300英尺下的昏暗的水中，它的X光视力比任何我们的设备都好。

不像人类的眼睛看到的反射影像必须经过大脑的转译，龙虾看到直接的反射所集合形成的影像，它可以只聚焦在单一点上。

科学家已经找到如何复制这个窍门的方法来制造新的x光机。

龙虾眼x光机像一个手拿式的闪光灯，可以透视3寸厚的铁墙。

它会发射一小串低功率的x光线透过标的物，少数射线在遇到另一端的其它东西时会反射回来。

9.保命?装死吧！
复苏性植物和水熊-大自然生物最韧命的两个典范。

这两个微生物存活的秘密在于深度冬眠。

它们将身体内所有的水换成变成玻璃的醣，这将导致假死状态。

尽管这个程序无法用来维持人类（如果将我们身体里的水分用醣来代替会导致死亡），但是可以用来保存疫苗。

世界卫生组织估计每年会有2百万儿童死于可以以疫苗预防的疾病，例如白喉、破伤风、百日咳。

因为疫苗里的活物质在炙热的温度中很快就会死亡，要安全的运输他们到需要的人手中是一件困难的事。

这是他们发明了醣保存法，将疫苗里的活物质硬化成极小的玻璃珠，让疫苗能在闷热的气候中存活超过一个礼拜。