科學(xué)·技術(shù)·社會　動物與仿生 (8)

1、動物與仿生動物與仿生長頸鹿與宇航員螢火蟲與冷光蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)烏龜?shù)凝敋づc薄殼建筑蜻蜓與飛機(jī)蜘蛛與裝甲鯨魚和潛艇劍魚與飛機(jī)蝴蝶與人造衛(wèi)星鯊魚與游泳衣長頸鹿宇航員長頸鹿和“抗荷服” 長頸鹿是目前世界上最高的動物，其大腦和心臟的距離約3米，完全是靠高達(dá)160260毫米汞柱的血壓把血液送到大腦的。按分析，當(dāng)長頸鹿低頭飲水時，大腦的位置低于心臟，大量的血液會涌上大腦，使血壓更加增高。但是，世界上沒有一只長頸鹿會在飲水時得腦充血或血管破裂等疾病而死。原來，是裹在長頸鹿身上的一層厚皮緊緊箍住了血管，限制了血壓，飛機(jī)設(shè)計師和航空生物學(xué)家依照這一原理，設(shè)計出一種新穎的“抗荷服”，從而解決了超高速殲擊機(jī)駕駛

2、員在突然加速爬升時因腦部缺血而引起的痛苦。這種“抗荷服”內(nèi)有一裝置，當(dāng)飛機(jī)加速時可壓縮空氣，還能對血管產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。 螢火蟲熒光燈手機(jī)顯示屏螢火蟲發(fā)光的效率非常高，幾乎能將化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為可見光，為現(xiàn)代電光源效率的幾倍到幾十倍。由于光源來自體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，因此，螢火蟲發(fā)出來的光雖亮但沒有熱量，也不產(chǎn)生磁場，人們稱這種光為“冷光”。隨著科學(xué)的發(fā)展，螢光的應(yīng)用也越來越廣泛。利用螢光檢查食物中細(xì)菌的含量，在含有易爆性瓦斯的礦井中用螢光燈照明，在彈藥庫中的指示燈、水下作業(yè)的發(fā)光燈，無不用的是螢光。美國的生物化學(xué)家根據(jù)螢火蟲的發(fā)光原理和機(jī)制，提出了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)原理，它可以解釋腐蝕現(xiàn)象、光合作用等，特別

3、是激光器的開發(fā)利用，因此榮獲1992年諾貝爾化學(xué)獎。蝙蝠捕食雷達(dá)蝙蝠和雷達(dá) 以昆蟲為食的蝙蝠在不同程度上都有回聲定位系統(tǒng)，因此有“活雷達(dá)”之稱。借助這一系統(tǒng)，它們能在完全黑暗的環(huán)境中飛行和捕捉食物，在大量干擾下運(yùn)用回聲定位，發(fā)出超聲波信號而不影響正常的呼吸。它們頭部的口鼻部上長著被稱作“鼻狀葉”的結(jié)構(gòu)，在周圍還有很復(fù)雜的特殊皮膚皺褶，這是一種奇特的超聲波裝置，具有發(fā)射超聲波的功能，能連續(xù)不斷地發(fā)出高頻率超聲波。 如果碰到障礙物或飛舞的昆蟲時，這些超聲波就能反射回來，然后由它們超凡的大耳廓所接收，使反饋的訊息在它們微細(xì)的大腦中進(jìn)行分析。這種超聲波探測靈敏度和分辯力極高，使它們根據(jù)回聲不僅能判別方

4、向，為自身飛行路線定位，還能辯別不同的昆蟲或障礙物，進(jìn)行有效的回避或追捕。蝙蝠就是靠著準(zhǔn)確的回聲定位和無比柔軟的皮膜，在空中盤旋自如，甚至還能運(yùn)用靈巧的曲線飛行，不斷變化發(fā)出超聲波的方向，以防止昆蟲干擾它的信息系統(tǒng)，乘機(jī)逃脫的企圖。 烏龜 生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼以及人的頭蓋骨等都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)”。這種“薄殼結(jié)構(gòu)”的表面雖然很薄，但非常耐壓。模仿它們殼體在外力作用下，內(nèi)力都沿著整個表面擴(kuò)散和分布的力學(xué)特征，在建筑工程中早已得到廣泛應(yīng)用。天津博物館天津博物館 這是我國北方唯一的仿生薄殼式建筑天津博物館。該館總建筑面積為萬平方米，網(wǎng)殼的直徑為米，高米，整個博物館

5、可容納，人，今春即將開放。天津博物館是一座集文物收藏、保護(hù)、研究、教育及休閑、旅游于一體，囊括天津歷史、館藏文物及民間藝術(shù)品陳列等眾多內(nèi)容的綜合性博物館。其設(shè)計建造不僅外觀造型獨(dú)特美觀，更在于其建筑結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新及先進(jìn)的功能、合理的布局等。 該博物館結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，源于天鵝骨架結(jié)構(gòu)，借助其結(jié)構(gòu)的合理性和可實(shí)施性，通過以表現(xiàn)天鵝展翅高飛的翼部大跨度網(wǎng)殼體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了用最少的材料，建造最大的使用空間的思想。 據(jù)介紹，天津博物館投資億元人民幣，歷經(jīng)兩年時間，建筑設(shè)計師以現(xiàn)代浪漫主義的思維觀點(diǎn)，引用仿生原理，以極具震撼力的創(chuàng)作手法，賦予建筑外形和城市景觀以生命活力，從而使天津博物館的外觀與周圍環(huán)境優(yōu)美和

6、諧地融為一體，并成為天津重要的標(biāo)志性建筑。悉尼歌劇院蜻蜓“美洲獅”直升機(jī) 蜻蜒通過翅膀振動可產(chǎn)生不同于周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72km/小時。此外，蜻蜒的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打?？茖W(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時，常會引起劇烈振動，甚至有時會折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飛行時安然無恙，于是人們仿效蜻蜒在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動這個令人棘手的問題。 蜘蛛鋼索蜘蛛和裝甲 生物學(xué)家對蜘蛛絲的研究發(fā)現(xiàn)，

7、其強(qiáng)度相當(dāng)于同等直徑的鋼絲的5倍。受此啟示，英國劍橋一所技術(shù)公司試制成猶如蜘蛛絲一樣的高強(qiáng)度纖維。利用紡織技術(shù)把這種纖維加以紡織或者做成復(fù)合材料，可以用來作防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等的結(jié)構(gòu)材料。 虎鯨“奧斯卡”級潛艇(俄羅斯）鯨魚和潛艇的“鯨背效應(yīng)” 當(dāng)代核潛艇能長時間潛航于冰海之下，但若在冰下發(fā)射導(dǎo)彈，則必須破冰上浮，這就碰到了力學(xué)上的難題。潛艇專家從鯨魚每隔10分鐘必須破冰吸一次氣中得到啟迪，在潛艇頂部突起的指揮臺圍殼和上層建筑方面，作了加強(qiáng)材料力度和外形仿鯨背處理，果然取得了破冰時的“鯨背效應(yīng)”。 蝴蝶蝴蝶翅膀上的鱗片人造衛(wèi)星遨游太空的人造衛(wèi)星，當(dāng)受到陽光強(qiáng)烈輻射時，衛(wèi)星溫度會高達(dá)20

8、0；而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星溫度會下降至200左右，這很容易損壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表。后來，人們從蝴蝶身上受到啟迪。蝴蝶身體表面生長著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)氣溫上升、陽光直射時，鱗片自動張開，以減少陽光的輻射角度，從而減少對陽光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時，鱗片自動閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍之內(nèi)?？茖W(xué)家為人造地球衛(wèi)星設(shè)計了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。 劍魚X - 1戰(zhàn)斗機(jī)劍魚有個十分典型的流線形身體，體表光滑，上頜長而尖，尾柄強(qiáng)壯有力能產(chǎn)生巨大的推動力。當(dāng)它飛速向前游泳時，長矛般的長頜起著劈水前進(jìn)作用。以每小時130公里高速前進(jìn)的箭魚，堅硬的上

9、頜能將很厚的船底刺穿！箭魚快速游泳的體型為飛機(jī)設(shè)計師提供了活生生的設(shè)計藍(lán)圖。設(shè)計師仿照箭魚外形，在飛機(jī)前安裝一根長“針”，這根長“針”刺破了高速前進(jìn)中產(chǎn)生的“音障”，這樣超音速飛機(jī)就問世了。高速飛機(jī)的出現(xiàn)，也是仿生學(xué)的一大成功。 飛機(jī)突破音障瞬間飛行器在速度達(dá)到音速左右時，會有一股強(qiáng)大的阻力，使飛行器產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，速度衰減。這一現(xiàn)象被俗稱為音障。當(dāng)飛行器突破這一障礙后，整個世界都安靜了，一切聲音全被拋在了身后！那個白的東西，就是在突破音障的一瞬間，由于空氣氣流的不均衡攪動產(chǎn)生的，一般情況下是看不到的。大白鯊從科學(xué)的角度看，鯊魚的皮膚不太符合流體力學(xué)的原理，這本應(yīng)使它的游動速度降低。但是，經(jīng)過

10、幾百萬年的進(jìn)化，在鯊魚的皮膚上形成了一層細(xì)小的脊形尖狀突起。當(dāng)鯊魚在水中游動的時候，會產(chǎn)生渦流和阻力，脊形構(gòu)造的作用就在于，它能夠更加有效地使鯊魚身體 周圍的水流走，從而減少阻力。 索普仿鯊魚皮泳衣1。由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。2。電魚與伏特電池；3。水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀4。人們根據(jù)蛙眼的視覺原理，已研制成功一種電子蛙眼。5。根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。6。模擬藍(lán)藻的不完全光合器，將設(shè)計出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。7。根據(jù)對人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究，已仿制了人力增強(qiáng)器步行機(jī)。8。現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動物的爪子。9。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。10。船槳模仿的是魚的鰭。11。鋸子學(xué)的是螳螂臂，或鋸齒草。12。蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍