来自动物的灵感

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  蜻蜓与飞机
  说到仿生学,人们比较熟悉的一个例子,就是蜻蜓与直升飞机。蜻蜓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。蜻蜓能在很小的推力下翱翔,不但可向前飞行,还能向后和向左右两侧飞行,其向前飞行速度可达每小时72千米。蜻蜓的飞行行为简单,仅靠两对翅膀不停地拍打就能实现飞行自如。受此启发,人类发明了直升飞机。
  其实,蜻蜓对人类飞行的贡献还不止于此。人类发明飞机后不久,就遇到了一个大难题:飞机高速飞行时,机翼会发生一种叫颤振的有害振动;飞得越快,机翼的颤振越强烈,甚至会使机翼折断,机毁人亡。可是,昆虫早在三亿年以前就飞翔在空中了,它们是怎么解决颤振危害的呢?昆虫学家发现,蜻蜓的每个翅膀的前缘上方都有一块被称为“翼眼”的深色的角质加厚区。实验证明,正是翼眼的存在消除了蜻蜓飞行时的颤振危害。于是,飞机设计师仿效蜻蜓,在飞机的两翼添加了加重装置,解决了这个令人棘手的大问题。
  对人类的飞行,苍蝇也是立了大功的。苍蝇的后翅退化成了一对“平衡棒”。当它飞行时,平衡棒以一定的频率进行机械振动,以此调节翅膀的运动方向,保持身体的平衡。科学家据此原理研制成了“振动陀螺仪”。这种新型导航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,保证飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。也许是因为苍蝇的名声太臭,所以它的这一杰出贡献很少被人们传颂。
  苍蝇与飞船
  声名狼藉的苍蝇嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是,苍蝇没有“鼻子”,它的嗅觉从何而来?昆虫学家发现,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”,这些神经细胞立即把气味的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,就可区别出不同的物质。因此,苍蝇的触角实际上就是一台特别灵敏的气体分析仪。受此启发,科学家仿制了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。他们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通过电子线路放大后,送给分析器;分析器一旦发现特定气味物质的信号,便发出警报。这种气体分析仪已被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分;也被安装在潜水艇和矿井里,用来检测有害气体。
  苍蝇不仅有灵敏的嗅觉,而且还有功能特异的视觉。苍蝇的复眼包含3000多个可独立成像的单眼,能看清几乎360度范围内的物体。在蝇眼的启示下,科学家制成了由1329块小透镜组成的,一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照相机,并在军事、医学、航空、航天等领域得到了广泛应用。显然,尽管苍蝇对人的危害不小,但在仿生学上的贡献却不少。
  萤火虫与生物光源
  白炽灯之所以被淘汰,是由于它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,而且它发出的热射线还有害于人的眼睛。那么,有没有只发光而不发热的光源呢? 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、昆虫和鱼类等等,而且这些动物在发出光的同时都不产生热,所以它们发出的光又被称为“冷光”。在众多的发光动物中,我们最熟悉的是萤火虫。地球上的萤火虫约有1500种,它们发出的冷光既明亮又柔和,很适合人类的眼睛。
  萤火虫的发光效率很高。其腹部的几千个发光细胞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,并发出荧光。这意味着,萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。科学家对萤火虫的研究,先是促成了日光灯的诞生,后来又发明了用荧光素、荧光酶、三磷酸腺苷和水混合而成的生物光源。作为一种安全的照明灯,生物光源给充满爆炸性瓦斯的矿井、清除磁性水雷的工兵送去了光明。
  水母与风暴预测仪
  渔民都知道,如果生活在沿岸的水母和鱼类成群结队地游向大海深处,意味着海上风暴就要来了。水母,又叫海蜇,是一种古老的腔肠动物,早在5亿年前,它就漂浮在海洋中了。这种低等动物有预测风暴的本能,每当风暴来临,它就游向大海深处避难去了。
  在海洋上,由空气和波浪摩擦而产生的频率为每秒8~13次的次声波,是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到,但小小的水母却能感觉到。原来,水母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”,当风暴来临前的次声波冲击水母耳中的听石时,听石就刺激球壁上的神经感受器,于是水母就听到了正在赶来的风暴声。
  于是,一种精确模仿水母耳朵结构和功能的风暴预测仪诞生了。安装在舰船的前甲板上的这种仪器,一旦接收到预示风暴来临的次声波,它的一直在水平方向360度范围内不停旋转的喇叭状接收器便立即停止旋转;“喇叭”所指的方向就是风暴来临的方向。由于这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报,因此对航海和渔业的安全具有重要意义。
  蝴蝶与迷彩服
  在色彩斑斓的蝴蝶中, “萤光翼凤蝶”尤为奇特,它的后翅在阳光下时而金黄,时而翠绿,有时还由紫变蓝。科学家对蝴蝶色彩的研究,为军事防御带来了极大的裨益。二战期间,德军包围了苏联的列宁格勒,企图用轰炸机摧毁其所有的重要军事设施。一位苏联昆虫学家建议,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。因此,尽管德军费尽心机狂轰滥炸,但列宁格勒的军事基地仍安然无恙,为赢得战争的最后胜利奠定了坚实的基础。如今,根据同样的原理制成的迷彩服,成了各国军队的共同选择,因为它能有效减少战斗中的人员伤亡。
  长颈鹿与航天员
  长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈部输送到头部,是因为它们的血压比人的正常血压高出两倍。这样高的血压为什么不会导致长颈鹿患脑溢血而死亡呢?这是由于长颈鹿血管周围的肌肉非常发达,能压缩血管,控制血流量;同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧,有利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启发,在训练宇航员时,用一种特殊的器械,防止宇航员血管周围肌肉退化。在飞船升空时,让航天员身穿的“抗荷服”充气,从而对血管产生一定的压力,控制航天员的血流量保持正常。与此同时,让航天员腹部以下部位套入抽去空气的密封装置中,以降低腿部的血压,有利于身体上部的血液向下肢输送。
  甲虫与远程导弹
  你可能从未听说过“气步甲炮虫”吧。这种甲虫自卫时,能喷射出恶臭的高温的“液体炮弹”,以此迷惑和惊吓敌害。昆虫学家通过解剖发现,气步甲炮虫体内有3个小室,分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。当二元酚和双氧水流到第三小室时,便与生物酶混合并发生化学反应,一瞬间便能生成100 ℃的毒液,并迅速向外喷射。二战期间,纳粹德国的技术专家受此启发,制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机。安装了这种发动机的飞航式导弹,不仅飞行速度更快,而且命中率显著提高,让英国伦敦为此蒙受了惨重的损失。无独有偶,美国军队的“二元化武器”也是受气步甲炮虫的启发研制出来的。这种武器将两种或多种能产生毒气的化学物质,分装在炮弹内的两个或多个隔开的容器中,炮弹发射后隔膜破裂,两种或多种化学物质在炮弹飞行的8~10秒内迅速混合并发生反应,在炮弹抵达目标的瞬间生成致命的毒气以杀害敌人。
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