14-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)課件

昆蟲（器官）和仿生學(xué)114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)一、常見的昆蟲感覺器官頭部的主要感覺器官包括觸角、單眼和復(fù)眼。在口器各組成部分上也有感覺器。214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)鞭節(jié)flagellum：觸角的端節(jié)，常分成若干亞節(jié)，此節(jié)在不同昆蟲中變化很大。觸角及其構(gòu)造：基本上由3節(jié)構(gòu)成：柄節(jié)scape：最基部的一節(jié)，常粗短梗節(jié)pedicel：觸角的第2節(jié)，較小。314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1、線狀（絲狀）：觸角細長，呈圓筒形。除第一、二節(jié)稍大外，其余各節(jié)大小、形狀相似，逐漸向端部變細。例如蝗蟲、蟋蟀及一些蛾類等。

（二）觸角的類型414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)2、念珠狀：鞭節(jié)由近似圓珠形的小節(jié)組成，大小一致，象一串念珠。例如白蟻、褐蛉等。514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)3、鋸齒狀：鞭節(jié)各亞節(jié)的端部向一邊突出呈角狀，觸角看起來象一個鋸條。例如叩頭蟲、雌性綠豆象等。714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)4、櫛齒狀：鞭節(jié)各亞節(jié)向一邊突出很長，形如梳子。例如雄性綠豆象等。814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)綠豆象914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)antenna叩頭甲1014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)5、雙櫛齒狀（羽狀）：鞭節(jié)各亞節(jié)向兩邊突出成細枝狀，很象鳥的羽毛。例如雄性蠶蛾、毒蛾等。1114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)6、棒狀（球桿狀）：觸角細長，近端部的數(shù)節(jié)膨大如橢圓球狀。例如蝶類（是鱗翅目中蝶與蛾的主要區(qū)別特征之一）、蟻蛉等。1314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)7、錘狀：鞭節(jié)端部數(shù)節(jié)突然膨大，形狀如錘。例如瓢蟲、郭公蟲等。1514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8、鰓葉狀：端部數(shù)節(jié)擴大成片狀，可以開合，狀似魚鰓。這種觸角為鞘翅目金龜子類所特有。1614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)9、膝狀（肘狀）：柄節(jié)特別長，梗節(jié)短小，鞭節(jié)由大小相似的亞節(jié)組成，在柄節(jié)和梗節(jié)之間成肘狀或膝狀彎曲。例如象鼻蟲、蜜蜂、小蜂等。1814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)211.蜜蜂的觸角；2.第3節(jié)基部的感覺器2014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)10、環(huán)毛狀：除基部兩節(jié)外，每節(jié)具有一圈細毛，近基部的毛較長。列如雄性的蚊、搖蚊等。2114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)2214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)11、剛毛狀：觸角很短，基部的一、二節(jié)較大，其余的節(jié)突然縮小，細似剛毛。例如蜻蜓、蟬、飛虱等。2314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)2414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)12、具芒狀：觸角很短，鞭節(jié)僅一節(jié)，較柄節(jié)和梗節(jié)粗大，其上有一根剛毛狀或芒狀構(gòu)造，稱為觸角芒。觸角芒有的光滑，有的具毛或呈羽狀。這類觸角為雙翅目蠅類所特有。2514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)2614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蝴蝶的觸角用來感覺味道2714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蚊子的觸角可以聽到聲音。2814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)螞蟻、蜜蜂見面后互相碰觸角，傳遞信息。2914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)仰泳蝽靠觸角使自己在游泳時保持身體的平衡。3014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)二、復(fù)眼位置：顱側(cè)區(qū)，但常有變化，如突眼蠅、豉甲等。形狀：多圓形、卵圓形。復(fù)眼由若干大小不一致的小眼組成。家蠅的復(fù)眼3114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)用來辨別物體，特別是運動的物體，是最重要的視覺器官。

成蟲和不全變態(tài)類的若蟲和稚蟲，一般都有一對復(fù)眼。多數(shù)昆蟲復(fù)眼能感受的光波波譜范圍也比人眼寬廣。但是，昆蟲的視程遠不及人類。

另外，絕大多數(shù)昆蟲是色盲，如蜜蜂不能分辨出青色和綠色，也不能分辨出紅色和黑色。

3214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)牛虻的復(fù)眼3314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)突眼蠅的復(fù)眼3414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)天牛的復(fù)眼3514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)水棲的豉甲科昆蟲上、下分離的復(fù)眼使得它們能在水面游泳時能同時看清楚水表和水中的情況。3614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)3714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)許多“點的影像”互相結(jié)合便組成整個物體“鑲嵌的影像”

3814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)翅wing3914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)4014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)鱗片4114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)二、仿生學(xué)的基本內(nèi)涵仿生學(xué)(Bionics)

模仿生物系統(tǒng)的原理以建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)特征或類似特征的科學(xué)仿生學(xué)是一門建立在多學(xué)科邊緣上的綜合性學(xué)科，包括生理學(xué)、神經(jīng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科。4214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)前言生物體生物模型數(shù)學(xué)模型技術(shù)模型技術(shù)裝置仿生學(xué)的研究方法4314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)真正最高水平的仿生學(xué)應(yīng)該是制造生命。（如用化學(xué)分子，或者用一個分子構(gòu)筑具有生理活性的物質(zhì)，如牛胰島素結(jié)晶。有爭議的課題，涉及到倫理學(xué)，）4414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)結(jié)晶牛胰島素（crystallizedbovineinsulin）是牛的胰島素結(jié)晶。牛胰島素是牛胰臟中胰島β-細胞所分泌的一種調(diào)節(jié)糖代謝的蛋白質(zhì)激素。其一級結(jié)構(gòu)1955年由英國桑格（S.Sanger）首先確定牛胰島素中氨基酸的組成和排列順序。桑格也因此榮獲1958年諾貝爾化學(xué)獎。從1958年開始，中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所、中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和北京大學(xué)生物系三個單位聯(lián)合，以王應(yīng)睞為首，由龔岳亭、鄒承魯、杜雨花、季愛雪、邢其毅、汪猷、徐杰誠等人共同組成一個協(xié)作組，在前人對胰島素結(jié)構(gòu)和肽鏈合成方法研究的基礎(chǔ)上，開始探索用化學(xué)方法合成胰島素。4514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)經(jīng)過周密研究，他們確立了合成牛胰島素的程序。合成工作是分三步完成的：第一步，先把天然胰島素拆成兩條鏈，再把它們重新合成為胰島素，并于1959年突破了這一難題，重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結(jié)晶。第二步，在合成了胰島素的兩條鏈后，用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接。這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功。第三步，把經(jīng)過考驗的半合成的A鏈與B鏈相結(jié)合。在1965年9月17日完成了結(jié)晶牛胰島素的全合成。經(jīng)過嚴格鑒定，它的結(jié)構(gòu)、生物活力、物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣。這是世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)。這項成果獲1982年中國自然科學(xué)一等獎。王應(yīng)睞因此被著名英國學(xué)者李約瑟（JosephNeedham,1900-1995)譽為“中國生物化學(xué)的奠基人之一”。4614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蛋白質(zhì)研究一直被喻為破解生命之謎的關(guān)節(jié)點。胰島素是蛋白質(zhì)的一種。由此，胰島素的人工合成，標志著人類在揭開生命奧秘的道路上又邁出了一步。和“兩彈一星”一樣，中國人在世界上第一次人工合成胰島素被負載了很多意義：科研的，民族榮譽感的。尤其讓人們津津樂道的是，這是中國科學(xué)家與諾貝爾獎幾乎是零距離的接觸。直到這么久過去了，這也是對中國在科學(xué)領(lǐng)域里做出世界上第一流成績的一個最好證明。

4714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1966年底，A．Tiselius訪問了中國，他當時是瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎評審委員會化學(xué)組的主席，人們很自然地把他和物色合適的諾貝爾獎候選人聯(lián)系起來。后來我得知Tiselius對胰島素全序列人工合成的評價很高。當被問及對中國第一顆原子彈爆炸的看法時，他的回答卻是：“你們能從書上學(xué)到原子彈的知識，但學(xué)不到人工合成胰島素?！?814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)仿枯葉蝶的迷彩服三、與昆蟲有關(guān)的仿生學(xué)研究4914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)復(fù)眼與多屏幕電視墻5014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)受蠅眼的啟示發(fā)明了蠅眼攝像機，除獲得理想的圖片外，還發(fā)現(xiàn)許多常規(guī)手段無法得到的細節(jié)。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個可獨立成像的單眼，能看清幾乎360°范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用。5114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)基于蒼蠅視覺系統(tǒng)的新型攝像軟件能夠拍攝普通的圖像（下）并顯示其中的重要細節(jié)，例如房間中的人像（中）并突出細節(jié)（上）。5214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)可用于超薄相機的人造昆蟲眼。使人造眼應(yīng)用于微型全方位監(jiān)視設(shè)備，超薄照相機以及高速運動傳感器上。14-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蜜蜂復(fù)眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽準確定位?？茖W(xué)家據(jù)此原理研制成功了偏振光導(dǎo)航儀，早已廣泛用于航海事業(yè)中。5414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蝴蝶色彩與偽裝在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲學(xué)家施萬維奇根據(jù)當時人們對偽裝缺乏認識的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費盡心機，但列寧格勒的軍事基地仍安然無惹，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。5514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)5614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)擬態(tài)與仿生5714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝5814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝5914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)6014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調(diào)節(jié)體溫人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時溫差可高達兩、三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受此啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片正反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。6114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)鱗片6214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)6314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)屁步甲炮蟲自衛(wèi)時，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害。解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲體內(nèi)有3個小室，分別儲有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。二戰(zhàn)期間，德國據(jù)此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動機，安裝在飛航式導(dǎo)彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。6414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)步甲的自衛(wèi)

放屁御敵6514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個隔開的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲存、運輸，安全且不易失效。6614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)螢火蟲的發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層組成。發(fā)光層擁有幾千個發(fā)光細胞，含有熒光素和熒光酶。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。螢火蟲可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達100%，6714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)昆蟲學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當它飛行時，平衡棒以一定的頻率進行機械振動，可以調(diào)節(jié)翅膀的運動方向，是保持蒼蠅身體平衡的導(dǎo)航儀?？茖W(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動陀螺儀，大大改進了飛機的飛行性能，可使飛機自動停止危險的滾翻飛行，在機體強烈傾斜時還能自動恢復(fù)平衡，即使是飛機在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時也萬無一失。6814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)昆蟲觸角與仿生一只雌舞毒蛾僅能分泌0.1微克性引誘素，但這已足夠誘來100萬只雄蛾。30個性引誘素分子便能促使一只雄美洲蟑螂產(chǎn)生性興奮。雌松樹鋸蠅，其氣味能招引約1億只雄蠅。6914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蒼蠅的嗅覺特別靈敏并能對數(shù)十種氣味進行快速分析且可立即作出反應(yīng)?？茖W(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺器官的結(jié)構(gòu)，把各種化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電脈沖的方式，制成了十分靈敏的小型氣體分析儀，目前已廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場所來檢測氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準確、可靠。7014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蜂巢與仿生蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計算出來的——菱形鈍角109°28’，銳角70°32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。7114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)夏普32英寸以上的液晶電視都采用夏普自行生產(chǎn)的第六代ASV仿生蜂巢設(shè)計,日本原裝超黑低反射TFT透射型超級廣角液晶面板，使得屏幕的光反射大大降低且黑色更加純正。

7214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蜂巢水果托盤7314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蜂巢式互聯(lián)網(wǎng)7414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)巴塞羅那建筑史上最前衛(wèi)、最瘋狂的建筑藝術(shù)家，高迪。7514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)7614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)圣家教堂7714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)跳蚤的跳躍本領(lǐng)十分高強，航空專家對此進行了大量研究，英國一飛機制造公司從其垂直起跳的方式受到啟發(fā)，成功制造出了一種幾乎能垂直起落的鷂式飛機7814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)7914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)昆蟲飛行器MicromechanicalFlyingInsect(MFI)Project（微型機械昆蟲飛行項目）：根據(jù)麗蠅的飛行原理來設(shè)計的。Robofly8414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)《科學(xué)時報》訊(記者曉峰)澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家最近根據(jù)昆蟲的仿生學(xué)原理制造了一架新型飛行器，它會像蜜蜂一樣觀察周圍的事物，能夠像蜻蜓一樣自如地飛行，而且它還能夠在環(huán)境惡劣的火星表面飛行，以代替行動遲緩的漫游者機器人，從而改變?nèi)藗兲剿骰鹦堑姆绞健＃?002年）8514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)１０月９日，美國《華盛頓郵報》刊出長篇調(diào)查報道披露，美國軍方和情報機構(gòu)可能已成功擁有半機械半昆蟲的技術(shù)，從而在間諜情報、軍事偵察和安全保衛(wèi)等領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。（2007年）8614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)蜻蜓通過翅膀振動（拍打）使自己上升。向前飛行，向后和左右兩側(cè)飛行，速度可達72公里/小時?？茖W(xué)家據(jù)此研制成功了直升飛機。又效仿蜻蜓的翅痣在飛機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。8714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)8914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)9014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)尺蛾=尺蠖9114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)9214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)BionicBugs

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|PostedJanuary22,2010;Postedin:PhysicalScience

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9314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Agiantflowerbeetlewearsanelectronicbackpackthatallowsresearcherstowirelesslycontrolitsflight.9414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)giantflowerbeetle9514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Agiantflowerbeetlefliesabout,veeringupanddown,leftandright.Buttheinsectisn’tapest,anditisn’tsteeringitsownpath.Animplantedreceiver,microcontroller,microbattery,andsixcarefullyplacedelectrodes–apayloadsmallerthanadimeandweighinglessthanastickofgum–allowanengineertocontrolthebugwirelessly.Histeampreviouslymodified-beetlesduringthepupalstage,sothattheirimplantsareinvisibleinadulthood–avaluablepropertyiftheyaretobeusedincovertmissions.9614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)AgiantflowerbeetleCool!AsayoungboyIdelightedinscaringmysisterwithainanimaterubbermouse.Inthefutureyoungboyswillhaveremotecontrolflyingbugswithwhichtotormenttheirlittlesisters.Howfun!9714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Inalarge,emptyroomattheUniversityofCalifornia,Berkeley,agiantflowerbeetlesitsonthefloor.Likemostbeetles,ithasasegmentedbody,sixlegs,andapairofwings.Butthere’ssomethingalittledifferentaboutthisone:it’swearinganelectronicbackpackthat’swiredtoitswingmusclesandbrain.Anengineerintheroomtapsabuttononhislaptopandinstantlythebeetle’swingsbegintovibrate,rousingitintoflight.Pressinganotherkeystopsallwingmovementmid-flight.Thebeetledropstothefloor—alittlestunned,perhaps,butunharmed.Ifitsoundstoobizarre

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tobetrue,justcheckoutthisvideoonYouTubeorviewitbelow.9814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Thisbionicbugisthelatestcreationofagovernment-fundedresearchprojectwhosegoalistoinventanewkindofmilitarysurveillancebyfusinglivinginsectswithinnovativeelectronics.TheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA)hasalreadyinvested$12millionsince2006inthesci-fiventure,hopingsomedaytodeployinsect-machinehybridsasinconspicuousarmyscouts.AdiversegroupofscientistsfromacrossthenationisworkingtohelpmakeDARPA’svisionofremotecontrolledinsectspiesareality.Althoughanymilitaryapplicationisstillalongwayoff,biologistsandengineersarealreadyfindingtheresearchuseful.9914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Inanewstudy,electricalengineerHirotakaSatoandhisBerkeleycolleaguesembeddedtinyelectrodesinbeetles’brainsandmuscles,allowingtheresearcherstoremotelystartandstopflight,maketheinsectsturnrightorleft,andeventriggerchangesinelevation.TheBerkeleyresearchdemonstrates“thefirstwirelesscontrolofanyinsectinfreeflight,”saidJohnVandenBrooks,anArizonaStateUniversityinsectbiologistandco-authorofthestudy,whichwaspublishedthispastOctoberinthejournalFrontiersinIntegrativeNeuroscience.10014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Accordingtothestudy,remotelycontrolledflyinginsectscould“serveascouriers

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tolocationsnoteasilyaccessibletohumans,”placeswheresoldierscan’tstrollaboutunnoticed.Asstatedonitswebsite,DARPAhopestoeventuallyuseinsectcyborgs[?sa??b?rɡ]tocarry“sensors,suchasamicrophoneoragassensor,torelaybackinformationgatheredfromthetargetdestination.”TheBerkeleyteamworkedwithgreenJunebeetlesandgiantflowerbeetles,whichcangrowtothesizeofahumanpalm.“Beetlesarereallyubiquitousandreallystrongfliers,andtheycancarryalargepayload,”saidVandenBrooks,explaininghowthesebugscanflyevenwhiletotingtheheftyelectronicbackpacksthatprocessandpowertheelectrodeswiredtotheirbodies.10114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Afterimplantingradio-equippedelectrodesintotheadultbeetles’brainsandwingmuscles,theresearchersusedalaptoptowirelesslyactivatetheimplants,whichdeliveredpulsesofelectricity.Excitingthebeetles’brainsallowedtheteamtostartorstopflightoncommand.Exactlywhythisworkedsowellremainsunclear,sincetheelectrodesaffectedasizeableandunspecifiedbrainregion.“Wemusthavebeenstimulatingsomepartofthemotorarea,”VandenBrookssuggested.Tochangethedirectionofflight,theresearchersexcitedeithertheleftortherightwingmuscles.10214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)BeforetheBerkeleystudy,mostadvancesininsectcyborgresearchhappenedatCornellUniversity’sLaboratoryforIntelligentMachineSystems,wheresomeresearchersfocusonmoths—specifically,hawkmoths(天蛾),whichbreedquicklyandcancarrylargepayloadsduringflight.SomeCornellresearchershaveexperimentedwithimplantingelectrodesduringearlystagesofmetamorphosis,sotheadulthawkmothsemergeascyborgs.Theseimplantsallowedforsomepreliminarycontrolofwingmovementsandestablishedthesurgicaltechniqueslaterusedandmodifiedbyothers,includingtheBerkeleyteam.10314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)AlthoughDARPAhopesinsect-machinehybridswillsomedayfacilitatethemilitary,afleetofstealthyinsectspieswon’tbebreakingoutofthelabanytimesoon.“It’sthewholeideaoftheflyonthewalltechnology,”saidTimReissman,amechanicalengineeratCornell.“Currently,ourflyisthisrelativelyhugeinsect,”headded,emphasizingtheneedforbothsmallerinsectsandlighterdevicesbeforethecyborgswillbeofanyhelptothearmedforces.VandenBrooks,co-authoroftheBerkeleystudy,agreed:“Somepeopledefinitelyblowitoutofproportion.We’renotevenclosetohavinganyapplicationsofthatkind.”10414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Perhapsthegreatesthurdletoapracticalmilitaryapplicationofbionicbugsistheissueofpower.Anycyborgelectronicswillrequireapowersource,whichusuallymeansheavybatteriesthatweighdownevenlargeinsectslikeflowerbeetlesandhawkmoths.Imagineagiantbugthesizeofyourhand,luggingabackpackofbatteriesandmicrochips,tryingtodiscreetlycarryoutitsreconnaissance.Notexactlyinconspicuous.Butsomeresearchersaredeterminedtoresolvetheissuesofpowerandsize.reconnaissance

[美][r??kɑn?s?ns,-z?ns]

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inconspicuous[美][??nk?n?sp?kju?s]10514-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)WiththeguidanceoflabdirectorEphrahimGarcia,amechanicalandaerospaceengineer,ReissmanandothersatCornellhavetriedtocreateelectronicdevicespoweredbythemoths’ownmovements—anattempttocircumventthedependencyoncumbersomebatteries.Toaccomplishthis,theyusepiezoelectricmaterial,whichturnsmotion“intoavoltagethatcanbeutilizedtopowerotherthings,”Garciaexplained.Attachingapiezoelectricdevicetoamothturnsthevibrationsofitsbodyduringflightintoapowersource.Theultimategoalisfunctionalbattery-freesensors,suchasatinycameraor“asimpleGPSmonitor—theworld’ssmallest,”Garciasaid.10614-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Reissmanisoptimisticabouttheirsuccess.Hiscolleaguesareworkingtobuildminiaturemechanicalsystemscompatiblewiththelowvoltagesharvestedfromamoth’smovements.AccordingtoReissman,theirdevicesarealmostefficientenoughfortakeoff.Noteveryonethinksit’sfeasibletoextractsufficientenergyfrominsectmovementtopoweranymechanicalinstrumentsofpracticaluse.“I’mskeptical,”saidReidHarrison,aUniversityofUtahbioengineerwhobuildselectronicbackpacksforlocustsinordertostudyhowtheirnervoussystemshelpthemescapepredators.“Theseanimalsonlygeneratesomuchmechanicalforce.Evenusingpiezoelectricmaterial,it’saverydifficultchallenge.”10714-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Despitetheobstaclestotrueenergyharvesting,researcherspersist.AttheUniversityofWashington,BrianOtisisdesigningabattery-freein-flightmonitoringdeviceforhawkmoths.“Thereisdataforinsectsshowinghugedifferencesintemperaturebetweenrestandmovement,”heexplained.Otisbelievesthehighinternalheatofaflyinginsectisanotherpotentialpowersource.10814-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)BecauseDARPAprovidesthefunding,scientistswhotakeonthechallengeofcreatinginsectcyborgsareostensiblyworkingtowardtheultimateserviceofthegovernmentandarmy.Butsofar,thesynthesisofinsectandmachinehasbenefitedsciencemorethanthemilitary.Insectcyborgsarenotonlypushingengineerstobuilddevices—likeCornell’sGPSsystem—thataresmaller,lighterandmoreefficientthananythingthey’vemadebefore,theycouldgivescientistsaccesstoentirelynovelinformation.10914-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)It’sverydifficulttomeasurealivingorganism’sinternalprocesseswithoutsomehowrestrainingitanddisturbingitsnaturalbehaviors.Butthemorescientistslearnaboutsafelyfusinglivinganimalsandtechnology,thebettertheybecomeatmonitoringthemanyimportantbiologicalprocessesthathappeninsidethoseanimals,withoutkeepingthemcageduportetheredinlabs.Bionicbugscouldsoonprovidebiologistswithanunprecedentedabilitytostudyinsectsintheirnaturalenvironment.Imaginebreedingcyborgmothsandbeetlesoutfittedwithtinyself-sufficientGPSmonitorsandchemicalsensors—thenreleasingthemtotheskiesandforests.11014-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)“Wewanttomonitorbodytemperature,metabolicrate,flightspeed—wewanttomapwheretheyaregoing,maptheirlifehistory.Alotofthisisreallyunknown,”saidVandenBrooks,co-authoroftheBerkeleystudy.“Animaltrackingdevicesandhowlongtheylastareanimportantissue,”saidCornell’sReissman.“Makingbetter,longerlastingdeviceswouldbeveryadvantageoustounderstandingbiologicalsystems.”11114-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)Focusingonthenervoussystemsofinsectshasalsoprovenbeneficialtoscientists.Itmightseemtrivialtostudythebrainsandbehaviorsofbugs,butnerves—theindividualcellsofthenervoussystem—aresocomplicatedthatresearchersneedtotightlyconcentratetheireffortstomakeprogress.“It’saveryvaluablewaytoapproachandstudyneuroscience,”theUniversityofUtah’sHarrisonsaid.“Itturnsoutbiologyisreally,reallycomplex.Ahouseflyhasaquartermillionneuronsinitsbrain—andthat’sjustahousefly!”11214-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)“It’ssuchasci-fiapproachthatsomepeopleseenofeasibilityoruseforthisresearch,”saidReissman,“butthetruthisthateachoftheseresearchareasneedsadvancing.We’regoingtokeepseeinggoodsciencecomeoutofthis.”11314-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)不會漏氣的仿蜂巢輪胎

我們的身邊日夜都陪伴著大量昆蟲和蜘蛛綱動物，它們形態(tài)不一，體型各異，但由于長相恐怖，我們幾乎不會將它們作為思考的對象。實際上，昆蟲和蜘蛛綱不僅在地球生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，同時也是人類的一個不可思議的靈感源泉，很多富有創(chuàng)造性的設(shè)計靈感均來自于這些小生靈。以下盤點的是十大仿生設(shè)計，設(shè)計靈感來自蝴蝶、甲蟲、蜘蛛等昆蟲和蜘蛛綱動物，它們讓我們研制的設(shè)備進一步接近自然的完美。11414-6-5-昆蟲的感覺器官和仿生學(xué)1.不會漏氣的仿蜂巢輪胎未來的輪胎不需要充氣，因此也就不存在漏氣問題，這一進步能夠挽救很多士兵的生命。按照政府提出的要求，輪胎需要具備較高的承重能力，可抵御臨時爆炸裝置襲擊并且能夠在遇襲后仍以每小時50英里(約合每小時80公里)