昆虫仿生面面观

1 仿生学概念
仿生学(BionicS)是以研究生物系统的结构 特性和优化方式为工程技术提供新的设计思 路与解决方案的科学。 仿生学(bionics)是上世纪60年代兴起的一门 学科,以昆虫为对象的仿生研究一直是国内外 的研究热点。
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• 科学家通过对生物的认真观察和研究，模仿生物的某些结 构和功能来发明创造各种仪器设备，这就是仿生。
2020/11/28
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仿蝴蝶翅膀太阳能电池板
3.蝴蝶翅膀的疏水性应用
蝴蝶的翅膀是非光滑表面，由许多鳞片组 成，鳞片表面由亚微米级纵肋及横向连接组 成, 微米级鳞片和亚微米级纵肋结构协同作用 的结果使蝴蝶翅膀表面具有超疏水性，因为 在疏水表面上的液滴并不能填满粗糙表面上 的凹槽, 在液滴下将有截留的空气存在, 表观 上的固液接触区实际上是由固体和气体共同 组成。
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一种蝇眼相机
3.苍蝇与相控阵雷达
相控阵雷达的天线阵面由许多个辐射单元 和接收单元（称为阵元）组成，利用电磁波 相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元 电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫 描，一个雷达可同时形成多个独立波束，分 别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测 等多种功能；目标容量大，可在空域内同时 监视、跟踪数百个目标；
目前,有关昆虫仿生研究的主要方向有:昆虫的形态仿生、昆 虫的体表微结构和功能的仿生、昆虫的感觉器官的仿生、 昆虫运动功能的仿生以及昆虫的其他特异能力的仿生等。
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仿生 类型
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1 力学仿生
力学仿生的研究对象以生物的机 构特性为主,其范围主要包括:生 物体结构的静力学性质与机械特 性!生物体各组成部分之间连接 方式与的相对运动特征,以及生 物体在运动状态下的相关动力学 特征“例如,在大跨度薄壳结构设 计中,通过模仿贝壳的股骨结构 建造立柱支撑,既能消除结构中 的应力集中,又能够在负载能力 不变的前提下减少建筑用料”而 在船舶设计中,通过模仿海豚皮 肤的沟槽特征为船舰外壳设计包 敷人工海豚皮结构。
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苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎 360。范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由 1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的 蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用 。
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苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行快速分析且 可立即作出反应。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，目前已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和 矿井等场所来检测气体成分，使科研、生产的安全系数 更为准确、可靠。
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两种相控阵雷达
空警2000
2020/11/28
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1.蜻蜓与直升飞机 2.蜻蜓与飞机机翼
1.蜻蜓与直升飞机
1907年，世界上第一架直升飞机由法国工程 师伯雷格和黎歇才研制成功，灵感源于蜻蜓。 这架直升飞机没有“翅膀”，机身两旁各有 一条长长的机臂，每一机臂头上有两副能在 水平方向上旋转的四叶螺旋桨；当四副螺旋 桨转时，直升机就可从地面上垂直升起。
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昆虫仿生学
THE END
5 大明昆星虫仿生学欢迎大讨明论交星流
外控@保永明
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外控 ＠保永明
End
昆虫仿生
外控 姜童童 何佳遥
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小昆虫，大世界
● 仿生学概念 ● 昆虫仿生类型 ● 跳跃机器人 ● 其他昆虫仿生
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2020/11/28
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世界上第一架直升飞机
2.蜻蜓与飞机机翼
飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，即 气体动力学中的颤振现象，严重时会折断机 翼引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高 速飞行时安然无恙，于是人们效仿蜻蜒翅膀 上的翅痣，在飞机的两翼加上平衡重锤,解决 了飞机因高速飞行而引起振动的问题
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蜜蜂的巢穴与建筑
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蜜蜂的巢穴与建筑
模仿蜜蜂巢穴的六角形的架构设计,使建筑 物具有高强度力学支撑结构,既坚固、美观,又 节省建材
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达蜂 之全 菲巢 一球
大九 厦大 墨地 西标 哥性
建 圣筑
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斯洛文尼亚仿蜂巢建筑
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• 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。这种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。它们易于生产、 储存、运输，安全且不易失效。
弹射跳跃方式则是由昆虫体内的预加载机构配合简单杠杆结 构完成的,多被小型昆虫所采用,并且自然界中的诸多跳跃冠 军(如跳蚤!沫蝉等)也都采用这一方式完成跳跃，通过预先收 缩后快速释放其腿部的一根肌脆,带动整条腿快速展开,一只 19mg重,3.5~长的沫蝉能够在2.75ms时间内释放约77川的 能量,从而带动其身体以2.9而s的速度起跳相关的研究同样 表明,相较于直接的肌肉收缩,弹射的方式具有更加简单的骨 骼结构,更加简单的控制方式,且能够存储并释放更多的能量 用于跳跃运动也正因如此,这种方式对于我们的仿生学研究 和跳跃机器人设计更具借鉴意义
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跳跃 机器人
3
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收缩跳跃一般由直接的肌肉收缩 配合具有杠杆效应的腿部骨骼结 构完成，一般为较大型的昆虫采 用。如蝗虫(Schistocerca gregaria )，其跳跃足肌肉特别 发达，在腿节中生有很多斜排的 肌肉用来控制胫节的活动，肌肉 一端附在腿节的外骨皮上，另一 端附着在腿节中的脆筋结构上。 当腿节内的肌肉收缩时便拉动这 条健筋，使后足的腿节和胫节由 褶皱状态突然伸直，以此产生足 够的力量形成跳跃。从观察实验 上来看，一只1.5 g重的蝗虫能够 在30 ms内释放9一11 mJ的能量， 从而将其自身加速到3.2 m/s的跳 东北林业大跃学初·精品速课程。
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2.仿蝴蝶翅膀太阳能电池板
2009年，科学家发现蝴蝶翅膀上的鳞片能 够充当天然的太阳能收集器，可以以极高的 效率吸收阳光。研究人员利用从蝴蝶翅膀身 上获得的灵感，提高染料敏化太阳能电池收 集阳光的能力。在所有太阳能电池中，这种 电池的光能转化效率最高，且成本效益也更 高。
苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航 仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。 这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上， 实现了自动驾驶。
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防 抖 技 术
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火箭导弹等 利用陀 螺仪 校正飞行轨道
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2.苍蝇与“蝇眼”照相机
科学家模仿苍蝇的复眼，制成了“蝇眼”照 相机。这种照相机的镜头由1329块小透镜组 成。它还可以拍摄电影的特技画面，使电影 产生神奇的效果
2020/11/28
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1.蝴蝶与Mirasol显示屏
2.仿蝴蝶翅膀太阳能电 池板
3.蝴蝶翅膀的疏水性应 用
பைடு நூலகம்
1.蝴蝶与Mirasol显示屏
灵感源于蝴蝶翅膀。蝴蝶翅膀上的微小鳞片 覆盖着透明的膜能够反射光线，随着蝴蝶拍 打翅膀，阳光在穿过翅膀时发生折射，由于 不同波长的光折射率不同，蝴蝶的翅膀看起 来呈透明状 。Mirasol显示屏可产生类似效果， 它采用两个玻璃面板和微型镜子，能够将颜 色反射到屏幕上，使显示屏在阳光下依然显 示出鲜艳的色彩，在强光下更清晰。
• 另外，根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计 已成功地应用于航空事业中。
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• “露水库”水壶模拟了 甲虫雾中取水的方式
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2 蜻蜓与仿生
蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流， 并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱 翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行。此外，蜻蜒的 飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础 研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动， 甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高 速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒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。
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3 能量仿生
能量仿生的研究对象以生物体的新陈代谢与能量 转化方式为主,例如通过研究和模仿生物电器官的 发光机理,合成人工荧光素,制造人工冷光源"
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4 信息与控制仿 生
信息与控制仿生的研究对象以生物的信息获取与处理 方式为主,主要涉及对生物的感觉器官!感知方式以及神 经网络系统的信息处理过程的研究"例如,对飞行器着 陆速度的自相关测量得益于对象鼻虫视动反应机制的 研究和模拟;而在针对模糊目标的检测方法中为得到增 强的图像轮廓!提高目标反差,可以借鉴和复制宣复眼视 网膜侧抑制网络的工作方式"
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1 单足跳跃机器人
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2 跳跃作为辅助机构
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3 仿生跳跃机器人
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4 微型跳跃结构
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其他昆虫 仿生
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1 甲虫与仿生
甲虫自卫时，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。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3 个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双 氧水流到第三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。这种原理目前已应用于军事技术 中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了 一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导 弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高。
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3 苍蝇与仿生
家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术，这使得它很难被 人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。它设想到了每一种情 况，非常小心，并能快速移动。
昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞 行时，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。
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2 分子仿生
分子仿生的研究对象以生物的微观特性与运行方式 为主,研究范围主要涉及:功能性生物大分子或其他类似物 的催化!分析与合成方式,生物膜微观结构与选择特性等。 例如,在病虫害防治中,通过研究对应昆虫的引诱激素化学 结构,人工合成具有相似效果的有机化合物来对相应害虫 的雄虫进行诱。
不会漏气的仿蜂巢轮胎威斯康星州大学麦迪逊分校
2020/11/28
萤火虫与冷光源
2020/11/28
萤火虫与冷光源
萤火虫可将化学能直接转变成光能,且转化效 率几乎100%,而普通电灯的发光效率只有6%。 模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源，物体 发光时，几乎不产生热量，几乎不含红外线 光谱，比如现在流行的LED光源、发光二极 管、霓虹灯就是典型的冷光源。冷光源使发 光效率提高了十几倍,大大节约了能量、寿命 长，灯光柔和、无红外光，是一种有望取代 电灯泡的光源。
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• 随着航空科技水平的提高扑翼机以其机动灵活，受场地限 制小，飞行能耗少等特点备受人们的关注。从飞行安全性 来说，扑翼机要比普通飞机可靠得多。
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扑翼机能以较小的速度起飞和降落，甚至垂直起降、 悬停，不需要很长的跑道和专用的机场。这对于改 进飞机的使用情况很有利，特别是对战斗机而言.
资源昆虫学
第八章 资源昆虫学学生课内实践(三)
第一节 昆虫仿生面面观
昆虫仿生学
5 昆虫仿生学大明大星明星
外控@保永明
2020/11/28
外控 ＠保永明
Find
苍蝇
蜻蜓
蝴蝶
2020/11/28
蜜蜂
萤火虫
2020/11/28
1.苍蝇与振动陀螺仪 2.苍蝇与“蝇眼”照相机
3.苍蝇与相控阵雷达
1.苍蝇与振动陀螺仪