生物与仿生

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。萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%， 而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的 发光原理制成的冷光源可将发 光效率提高十几倍，大大节约 了能量。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
• 生物进化让鲸鱼能够在数百英尺处潜水几个小时。它们能够 猎食肉眼看不到的小型动物来维持其庞大的身材，并通过鳍 和尾部来提高其运动能力。 • 2004年，美国杜克大学、西切斯特大学和美国海军大学 的科学家研究发现，鲸鱼鳍表面的隆起可以减少32%的阻力。 诸如Whale Power的公司利用这个理念，发明了风力发动机涡 轮叶片，大大的提高了涡轮机的效率。其它公司利用这个理 念发明了风扇、飞机机翼和螺旋桨。
• 维可牢(一种尼龙剌粘搭链Leabharlann Baidu是“生物仿生” 的典型例子。瑞士工程师乔治· 梅斯特拉 德· 尔（George de Mestral ）在1941年发明了维 可牢。芒刺尾部的细小的小勾激发了梅斯 特拉尔的灵感。
• 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。
五彩的蝴蝶颜色粲然，如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等，尤其是 萤光翼凤蝶，其后翊在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由 紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极 大的稗益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机 摧毁其军事目标和其他防御设施。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。
• 龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力 学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用 铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它 进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优 点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建 筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧 院则像一组泊港的群帆 因为蛋壳的外形能 有效分散应力，自然界中这种现象还有很 多，乌龟壳硬也是这个道理，大型的体育 馆车站等室内空间大的建筑也多采用这样 的蛋壳形状屋顶
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• 莲花有点像旱地里的鲨鱼皮。莲花的微粗糙表面可以驱除掉 表面的灰尘和污垢，从而保持花瓣干净漂亮。如果在显微镜 下观看莲花，可以看到大量的钉状突起，这些突起可以用来 抵御灰尘。 • 德国Ispo公司花费了四年时间来研究此现象，并开发出 具有相似性质的涂料。具有微粗糙表面的涂料可以自动去除 灰尘和污垢，从而不用洗刷外墙。
甲虫
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 安装在飞航式导弹上，使之飞 理制造出了一种功率极大且性能 行速度加快，安全稳定，命中 率提高，英国伦敦在受其轰炸 安全可靠的新型发动机， 时损失惨重。
生物与仿生
• 自然界形形色色的生物，都有着怎样 的奇异本领？它们的种种本领，给了 人类哪些启发？模仿这些本领，人类 又可以造出什么样的机器？ 这里要介绍的一门新兴科 学——仿生学
• 据国外媒体报道，科学家所谓的“生 物仿生”意思是灵感源自自然的人工 设计。在自然进化过程中，已经形成 特殊的生物链，可以让万事万物在其 中生存繁衍。下面介绍几种惊人的源 自自然的“生物仿生”技术
• 白蚁巢穴看起来虽然另类，但是非常适合居住。当外界温度在 30到100华氏度范围变化时，白蚁巢穴内温度处于一个舒适的温 度，为87华氏度（这个温度是针对白蚁来说的。） • 津巴布韦哈拉雷伊斯特盖特中心的建筑师米克· 皮尔斯 （Mick Pearce）研究了白蚁巢穴凉爽的“烟囱”和“隧道”。 皮尔斯将白蚁巢穴的建筑理念用于33.3万平方英尺的伊斯特盖 特中心建筑上，使得建筑比一般的建筑更凉爽，而且比一般的 建筑节能90%。建筑物上的巨大的烟囱犹如白蚁巢穴一样， 可以在夜晚吸收凉 爽的空气用以降低 楼板的温度。而在 白天，楼板也可以 保持凉爽，从而减 少了空调的使用时 间。
从电子显微镜下看，鲨鱼皮是由称为“皮质鳞突”（dermal denticles）的无数重叠的鳞片组成。这些鳞突在长度方向有凹槽， 可以调整水在其表面的流动。这些凹槽同时可阻止漩涡或者是湍流 旋涡的形成。此外，粗糙的外形还以阻止藻类等的在其身上寄生。 科学家已经在泳衣设计中（现在已经在重大的比赛中禁用）和 船的底部设计中利用了“皮质鳞突”的特点。同时，科学家还利用 这种特点开发出需要阻止细菌生长的医疗技术。
• 沙漠甲虫Stenocara是收集水的专家。这种甲虫由于具有独特 的外壳，可以生活在恶劣和干燥的沙漠环境中。在Stenocara 的背部有小而平整的隆起，可以充当冷凝水的收集站。甲虫 的整个背部覆盖着光滑的蜡状物，收集的冷凝水可以从背部 流入甲虫的口里。 • 麻省理工学院的研究人员从甲虫身上获得灵感，他们已 经制作出可以更加有效的从空气中收集水分的材料。世界上 大约有22个国家在从空气中收集水，因此，这一发明将在收 集水技术方面产生重大的影响。
• 苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍 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。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0 多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透 镜”。“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
• 雷达和声纳都是人为的监测设备。雷达是用电 磁波的反射发现目标并测定其位置的电子设备； 声纳是利用声波的反射探测目标和测距的仪器。 远在人类利用雷达和声纳千百万年前，在自然 界，不少动物，如蝙蝠、海豚等早已在应用它 们自身的声纳系统来定位、捕食、绕过障碍和 逃避敌害。而且在结构的精致，效应的灵敏等 很多方面都是目前人工雷达和声纳系统还办不 到的。虽然人为的雷达和声纳是对一些动物回 声定位的一种迟到的仿生，但是，深入研究一 些动物的回声定位势必会给完善人为的雷达和 声纳许多有益的借鉴。
因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的 军事基地仍然无恙，为赢得最后的胜利奠 定了坚实的基础。根据同样的原理，后来 人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗 中的伤亡。
• 人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤 然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多 仪器的正常工作。科学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叶片反两面辐射、散热能力 相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有 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。
• 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。
我可爱吗？
• 鸟儿采用V型飞行模式，可以增加70%的飞行距离。 科学家研究发现，当鸟群采用熟悉的V形飞行时， 第一只鸟儿拍动翅膀时，可以产生上升的气流，并 为后面的鸟儿所用，从而可以增加飞行距离达70%。 斯坦福大学的一组研究人员认为客运航空飞机采用 同样的策略，比单独飞行减少15%的燃油量。
• 萤火虫与人工冷光的故事 • 夏天的夜晚，一盏盏闪亮的小灯伴随着一声声 蛐蛐的叫声，点亮了寂静的夏夜。那是什么？噢， 对了。是萤火虫。看似萤火虫与人工冷光毫不相似， 其实，也有一段不小的秘密包含在其中呢！萤火虫 是怎么发光的呢？原来，萤火虫的发光器在腹部， 发光器是由发光层、透明层、反射层这三部分组成， 发光层拥有好几千万个发光细胞，含有荧光素和萤 光酶这两种物质。在萤光酶的作用下，荧光素在细 胞内水分的参与下，和氧分融合便发出荧光。萤火 虫就是这样发光的。萤火虫的发光，实质上是把化 学光能转化成自身光能的过程。早在40年代， 人 们结合萤火虫发光部位的结构和研究， 创造了日 光灯。大大改进人类照明光源的变化。