仿生學(xué)及其應(yīng)用

仿生學(xué)及其應(yīng)用作為發(fā)明的參考作為技術(shù)方案選擇的寶庫作為發(fā)展生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的寶貴教材作為自復(fù)制、自補(bǔ)償、自組裝、自生長、自適應(yīng)、自調(diào)控技術(shù)的天然藍(lán)本作為免疫、醫(yī)藥、治療、抗逆技術(shù)的科學(xué)依據(jù)作為認(rèn)知研究和智能機(jī)器的最好示范作為微納米結(jié)構(gòu)和微系統(tǒng)技術(shù)的極好參照作為優(yōu)化人類可再生能源與物質(zhì)利用技術(shù)的參照作為傳感、判斷、控制、隱身、環(huán)境適應(yīng)等技術(shù)的最好學(xué)習(xí)對象作為數(shù)和形優(yōu)美、簡潔描述的最好對象。仿生學(xué)的意義紅外夜視儀蝴蝶與衛(wèi)星控溫系統(tǒng)昆蟲觸角的啟發(fā)蝙蝠與無線定位潛艇與魚海豚與回聲定位軍事領(lǐng)域的應(yīng)用作用：夜間可見光很微弱，但人眼看不見的紅外線卻很豐富。紅外線視儀可以幫助人們在夜間進(jìn)行觀察、搜索、瞄準(zhǔn)和駕駛車輛。貓色彩感的犧牲換取的是它超級強(qiáng)大的夜視能力。在黑暗中，視錐細(xì)胞就開始罷工，這個(gè)時(shí)候，視網(wǎng)膜中的視桿細(xì)胞就上場，這種細(xì)胞無法感知色彩，因而在黑夜里我們看到的東西都是黑白的。貓的視桿：視錐細(xì)胞的比例是25：1，而人類只有4：1，因而當(dāng)切換到黑夜，貓就變得比人類更為靈敏，而且它的瞳孔在昏暗中可擴(kuò)大至眼球表面的90%，微弱的光亮就足夠它們覓取獵物。紅外夜視儀紅外夜視儀是利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的軍用夜視儀器。它分為主動式和被動式兩種：前者用紅外探照燈照射目標(biāo)，接收反射的紅外輻射形成圖像；后者不發(fā)射紅外線，依靠目標(biāo)自身的紅外

輻射形成“熱圖像”，

故又稱為”熱像儀”。紅外夜視儀位于太空的人造地球衛(wèi)星，在受到陽光的強(qiáng)烈照射時(shí)，衛(wèi)星表面溫度會高達(dá)2000℃；而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星表面溫度會下降至零下200℃左右，很容易烤壞或凍壞各種儀器儀表，這曾使航天科學(xué)家傷透了腦筋。蝴蝶與衛(wèi)星控溫系統(tǒng)后來，科學(xué)工作者從蝴蝶身上受到啟迪，原來在蝴蝶體表生長著一層細(xì)小的鱗片，有著調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)陽光直射、氣溫上升時(shí)鱗片自動張開，以調(diào)整陽光照射的角度，從而減少對熱能的吸收；而當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，鱗片自動閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把溫度控制在正常范圍內(nèi)?？茖W(xué)家為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。

蝴蝶與衛(wèi)星控溫系統(tǒng)昆蟲一般都有觸角，不論白天黑夜，觸角一接觸物體，便能準(zhǔn)確判斷出是何物體，甚至還能感知物體的形狀、硬度、氣味等。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲的這種“特異功能”來源于其觸角的特殊結(jié)構(gòu)——觸角的表面有許多孔，孔的底部布滿感覺器官，其細(xì)胞里貯藏著大量的餌料信息素、氣味識別信息素以及警報(bào)信息素等。昆蟲觸角的啟發(fā)模仿這種結(jié)構(gòu)，科學(xué)家設(shè)計(jì)出了各種傳感器和測量儀，廣泛應(yīng)用于機(jī)電、醫(yī)療、檢測等諸多領(lǐng)域。又如，飛機(jī)高速飛行時(shí)，機(jī)翼受氣流的沖擊常發(fā)生顫振，從而導(dǎo)致機(jī)翼斷裂、機(jī)毀人亡。科學(xué)家從蜻蜓翅膀上的黑色翅痣(一種較厚的角質(zhì)組織)，想到了配重，于是“照葫蘆畫瓢”，給飛機(jī)機(jī)翼上裝了配重，從此，飛機(jī)的此類事故大大減少。昆蟲觸角的啟發(fā)蝙蝠晝伏夜出，在空中忽上忽下兜圈子，能陡然改變飛行方向，避開障礙物，又能捕食正在飛行中的昆蟲?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)它不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統(tǒng)。因?yàn)轵鹪陲w行時(shí)發(fā)出超聲波，又能覺察出障礙物反射回來的超聲波。根據(jù)發(fā)出超聲波到回收超聲波的時(shí)間，即可判斷出自己和障礙物間的距離，再依靠耳朵的定向作用，就能準(zhǔn)確確定障礙物的方向和位置。蝙蝠的這種回聲定位系統(tǒng)正是雷達(dá)的雛形?？茖W(xué)家據(jù)此設(shè)計(jì)出了現(xiàn)代的雷達(dá)——一種無線電定位和測距裝置。蝙蝠與無線定位在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，出于軍事上的需要，為使艦艇在水下隱蔽航行而制造出潛水艇。當(dāng)工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)原始的潛艇時(shí)，是先用石塊或鉛塊裝在潛艇上使它下沉，如果需要升至水面，就將攜帶的石塊或鉛塊扔掉，使艇身回到水面來。以后經(jīng)過改進(jìn)，在潛艇上采用浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量。以后又改成壓載水艙，在水艙的上部設(shè)放氣閥，下面設(shè)注水閥，當(dāng)水艙灌滿海水時(shí)，艇身重量增加使可它潛入水中。需要緊急下潛時(shí)，還有速潛水艙，待艇身潛入水中后，再把速潛水艙內(nèi)的海水排出。如果一部分壓載水艙充水，另一部分空著，潛水艇可處于半潛狀態(tài)。潛艇要起浮時(shí)，將壓縮空氣通入水艙排出海水，艇內(nèi)海水重量減輕后潛艇就可以上浮。如此優(yōu)越的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)了潛艇的自由沉浮。潛艇與魚但是后來發(fā)現(xiàn)魚類的沉浮系統(tǒng)比人們的發(fā)明要簡單得多，魚的沉浮系統(tǒng)僅僅是充氣的魚鰾。鰾內(nèi)不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧氣進(jìn)入鰾內(nèi)或是重新吸收鰾內(nèi)一部分氧氣來調(diào)節(jié)魚鰾中氣體含量，促使魚體自由沉浮。然而魚類如此巧妙的沉浮系統(tǒng)，對于潛艇設(shè)計(jì)師的啟發(fā)和幫助已經(jīng)為時(shí)過遲了。

潛艇與魚聲音是人們生活中不可缺少的要素。通過語言，人們交流思想和感情，優(yōu)美的音樂使人們獲得藝術(shù)的享受，工程技術(shù)人員還把聲學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和軍事技術(shù)中，成為頗為重要的信息之一。自從潛水艇問世以來，隨之而來的就是水面的艦船如何發(fā)現(xiàn)潛艇的位置以防偷襲；而潛艇沉入水中后，也須準(zhǔn)確測定敵船方位和距離以利攻擊。因此，在第一次世界大戰(zhàn)期間，在海洋上，水面與水中敵對雙方的斗爭采用了各種手段。海軍工程師們也利用聲學(xué)系統(tǒng)作為一個(gè)重要的偵察手段。首先采用的是水聽器，也稱噪聲測向儀，通過聽測敵艦航行中所發(fā)出的噪聲來發(fā)現(xiàn)敵艦。只要周圍水域中有敵艦在航行，機(jī)器與螺旋槳推進(jìn)器便發(fā)出噪聲，通過水聽器就能聽到，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)敵人。但那時(shí)的水聽器很不完善，一般只能收到本身艦只的噪聲，要偵聽敵艦，必須減慢艦只航行速度甚至完全停車才能分辨潛艇的噪音，這樣很不利于戰(zhàn)斗行動。海豚與回聲定位不久，法國科學(xué)家郎之萬（1872～1946）研究成功利用超聲波反射的性質(zhì)來探測水下艦艇。用一個(gè)超聲波發(fā)生器，向水中發(fā)出超聲波后，如果遇到目標(biāo)便反射回來，由接收器收到。根據(jù)接收回波的時(shí)