眼睛与仿生学完整教案

课时计划

眼睛与仿生学

现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。

船桨模仿的是鱼的鳍。

锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。

苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。

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

千奇百怪的仿生战术

在长期的战争实践中，人们不仅从动物的身上产生灵感，发明了各种武器装备，而且还根据各种动物的行动特点创造了许多形象逼真的战术。如：

狼群战术狼是一种十分狡猾的犬科动物，狼通常集群活动，它的战术特点：一是突然袭击；二是选择孤立或弱小的目标，四面攻击，使其顾此失彼，因此狼能够捕杀比它大得多的动物；三是多路追击、平行追击。二战中，德军实施潜艇协同作战的“狼群”战术，在战争初期取得了巨大战果。仅1946年下半年，德军共击沉盟军商船343艘，总吨位170万吨，战果是未使用该战术3倍。

麻雀战术麻雀是一种微不足道的小鸟，它的特点是从早到晚成群结队地围绕人的房前屋后转、叫个不停，往往闹得人们不得安宁。麻雀战术的长处在于从四面八方灵活机动地消耗、迷惑、疲惫、杀伤敌人，使其惶惶不可终日，是一种有效的游击战的战法。

小鱼吃大鱼战术

海洋中有一种很小的硬颚鱼，它的外皮很松懈，浑身长满了尖锐的棘刺，它对付比自己大许多倍的鱼很有一套方法。当大鲨鱼把它吞进肚子里后，它就变成一个刺球，用身上的刺到处乱刺乱撞，边啃边吃鲨鱼的鱼肉，鲨鱼虽然疼痛，可却毫无办法，只能听之任之，直到“海上霸王”一命呜呼。在未来的反侵略战争中，这种“钻肚子”或“掏心”战术可以指导我们适时组织若干精干的小分队或小部队，如实施特种部队作战，在敌人内部的指挥机关、通信交通枢纽及后方补给线等重要部位制造混乱，打击敌指挥系统。

鲨鱼鲨鱼在海洋里已经生活了３．５亿年，能达到超过７０公里的高时速。科学家在显微镜下检查深海鲨鱼的皮肤时意外地发现鲨鱼的鳞屑是扇形的，而且有小槽。然而，在传统的观念中，表面越光滑产生的阻力就越小。于是，科学家们把数百个模型鳞片按不同的角度装配，形成了一个人造的测试表面。测试的结果表明：摩擦损失比光滑表面还要小１０％，这项新发现马上找到了技术应用。这种仿生皮肤被用来包裹空中客车飞机的外表面，使每架飞机的年燃料消耗减少了３５０吨。如果每年来往于世界各地的飞机都装上这种皮肤，节省的燃料价值可达数十亿美元之巨，造成温室效应的二氧化碳和氮氧化合物也将会大大减少。

苍蝇与宇宙飞船

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，许多生物都发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出光都不产生热，所以被称为“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、A TP()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。

蜘蛛和装甲生物学家发现蜘蛛丝的强度相当于同等体积的钢丝的5倍。受此启发，英国剑桥一所技术公司试制成犹如蜘蛛丝一样的高强度纤维。用这种纤维做成的复合材料可以用来做防弹衣、防弹车、坦克装甲车等结构材料。

蝴蝶和卫星控温系统遨游太空的人造卫星，当受到阳光强烈辐射时，卫星温度会高达200摄氏度；而在阴影区域，卫星温度会下降至零下200摄氏度左右，这很容易烤坏或冻坏卫星上的精密仪器仪表，它一度曾使航天科学家伤透了脑筋。后来，人们从蝴蝶身上受到启迪。原来，蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片，这些鳞片有调节体温的作用。每当气温上升、阳光直射时，鳞片自动张开，以减少阳光的辐射角度，从而减少对阳光热能的吸收；当外界气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而把体温控制在正常范围之内。科学家经过研究，为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统。

鱼眼在视角上得天独厚。在所有的动物中，它们眼睛的视角最大，有的大到160 度～170 度，甚至还有更大的。一种视角为180 度的超广角镜就是人们模仿鱼眼制成。

海豹在水中洞察目标的本领是很大的。即便在比较混浊的水中或幽暗的水下，海豹也能看到极小的鱼类。到了陆地上，这种动物同样也能准确无误地发现敌害。海豹的眼睛晶状体很大，近似球形，便于接收大量的光线。海豹眼睛的外层有透明的瞬膜，既能保护眼睛，又可提高视力。它的视网膜还有招皱，使眼球的容积能随水压变化而改变，有利于在深水中看清其他动物的行踪。此外，海豹视网膜上的感光细胞很多，使它在陆地上也有较好的视力。