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四葉花演算法

發布時間:2025-03-11 23:54:23

A. 仿生學的較長例子

烏賊和魚雷誘餌 烏賊體內的囊狀物能分泌黑色液體,遇到危險時它便釋放出這種黑色液體,誘騙攻擊者上當。潛艇設計者們仿效烏賊的這一功能讀者設計出了魚雷誘餌。魚雷誘醋似袖珍潛艇,可按潛艇的原航向航行,航速不變,也可模擬噪音、螺旋節拍、聲信號和多普勒音調變化等。正是它這種惟妙惟肖的表演,令敵潛艇或攻擊中的魚雷真假難辯,最終使潛艇得以逃脫。

蜘蛛和裝甲 生物學家發現蜘蛛絲的強度相當於同等體積的鋼絲的5倍。受此啟發,英國劍橋一所技術公司試製成猶如蜘蛛絲一樣的高強度纖維。用這種纖維做成的復合材料可以用來做防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等結構材料。

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160~260毫米汞柱的血壓把血液送到大腦的。按一般分析,當長頸鹿低頭飲水時,大腦的位置低於心臟,大量的血液會湧入大腦,使血壓更加增高,那麼長頸鹿會在飲水時得腦充血或血管破烈等疾病而死。但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,飛機設計師和航空生物學家依照長頸鹿皮膚原理,設計出一種新穎的「抗荷服」,從而解決了超高速殲擊機駕駛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」內有一裝置,當飛機加速時可壓縮空氣,也能對血管產生相應的壓力,這比長頸鹿的厚皮更高明了。

鯨魚和潛艇的「鯨背效應」 當代核潛艇能長時間潛航於冰海之下,但若在冰下發射導彈,則必須破冰上浮,這就碰到了力學上的難題。潛舴專家從鯨魚每隔10分鍾必須破冰呼吸一次中得到啟迪,在潛艇頂部突起的指揮台圍殼和上層建築方面,作了加強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」。

蝴蝶和衛星控溫系統 遨遊太空的人造衛星,當受到陽光強烈輻射時,衛星溫度會高達200攝氏度;而在陰影區域,衛星溫度會下降至零下200攝氏度左右,這很容易烤壞或凍壞衛星上的精密儀器儀表,它一度曾使航天科學家傷透了腦筋。後來,人們從蝴蝶身上受到啟迪。原來,蝴蝶身體表面生長著一層細小的鱗片,這些鱗片有調節體溫的作用。每當氣溫上升、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。科學家經過研究,為人造地球衛星設計了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統。
參考資料:網路知道

B. 仿生學的資料

是研究生物系統的結構和性質以及工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。
仿生學一詞是1960年由美國斯蒂爾根據拉丁文「bios」(生命方式的意思)和字尾「nlc」(「具有……的性質」的意思)構成的。
仿生學(bionics)在具有生命之意的希臘語bion上,加上有工程技術涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工製造的機械都優越得多,仿生學就是要在工程上實現並有效地應用生物功能的一門學科。例如關於信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經功能)、自動控制系統等,這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了很大啟發。可舉出的仿生學例子,如將海豚的體形或皮膚結構(游泳時能使身體表面不產生紊流)應用到潛艇設計原理上。仿生學也被認為是與控制論有密切關系的一門學科,而控制論主要是將生命現象和機械原理加以比較,進行研究和解釋的一門學科。
蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是「天然導航儀」,人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」,由3000多隻小眼組成,人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有著怎樣的奇異本領?它們的種種本領,給了人類哪些啟發?模仿這些本領,人類又可以造出什麼樣的機器?這里要介紹的一門新興科學——仿生學。
仿生學是指模仿生物建造技術裝置的科學,它是在上世紀中期才出現的一門新的邊緣科學。仿生學研究生物體的結構、功能和工作原理,並將這些原理移植於工程技術之中,發明性能優越的儀器、裝置和機器,創造新技術。從仿生學的誕生、發展,到現在短短幾十年的時間內,它的研究成果已經非常可觀。仿生學的問世開辟了獨特的技術發展道路,也就是向生物界索取藍圖的道路,它大大開闊了人們的眼界,顯示了極強的生命力。
人類仿生學由來已久
自古以來,自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。種類繁多的生物界經過長期的進化過程,使它們能適應環境的變化,從而得到生存和發展。勞動創造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言,在長期的生產實踐中,促進了神經系統尤其是大腦獲得了高度發展。因此,人類無與倫比的能力和智慧遠遠超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手製造工具,從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認識生物界上,而且還運用人類所獨有的思維和設計能力模仿生物,通過創造性的勞動增加自己的本領。魚兒在水中有自由來去的本領,人們就模仿魚類的形體造船,以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期,我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉彎,他們就在船尾上架置木槳。通過反復的觀察、模仿和實踐,逐漸改成櫓和舵,增加了船的動力,掌握了使船轉彎的手段。這樣,即使在波濤滾滾的江河中,人們也能讓船隻航行自如。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據 以上這些模仿生物構造和功能的發明與嘗試,可以認為是人類仿生學的先驅,也是仿生學的萌芽。
發人深省的對比
人類仿生的行為雖然早有雛型,但是在20世紀40年代以前,人們並沒有自覺地把生物作為設計思想和創造發明的源泉。科學家對於生物學的研究也只停留在描述生物體精巧的結構和完美的功能上。而工程技術人員更多的依賴於他們卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,進行著人工發明。他們很少有意識的向生物界學習。但是,以下幾個事實可以說明:人們在技術上遇到的某些難題,生物界早在千百萬年前就曾出現,而且在進化過程中就已解決了,然而人類卻沒有從生物界得到應有的啟示。
在第一次世界大戰時期,出於軍事上的需要,為使艦艇在水下隱蔽航行而製造出潛水艇。當工程技術人員在設計原始的潛艇時,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。以後經過改進,在潛艇上採用浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量。以後又改成壓載水艙,在水艙的上部設放氣閥,下面設注水閥,當水艙灌滿海水時,艇身重量增加使它潛入水中。需要緊急下潛時,還有速潛水艙,待艇身潛入水中後,再把速潛水艙內的海水排出。如果一部分壓載水艙充水,另一部分空著,潛水艇可處於半潛狀態。潛艇要起浮時,將壓縮空氣通入水艙排出海水,艇內海水重量減輕後潛艇就可以上浮。如此優越的機械裝置實現了潛艇的自由沉浮。但是後來發現魚類的沉浮系統比人們的發明要簡單得多,魚的沉浮系統僅僅是充氣的魚鰾。鰾內不受肌肉的控制,而是依靠分泌氧氣進入鰾內或是重新吸收鰾內一部分氧氣來調節魚鰾中氣體含量,促使魚體自由沉浮。然而魚類如此巧妙的沉浮系統,對於潛艇設計師的啟發和幫助已經為時過遲了。
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,優美的音樂使人們獲得藝術的享受,工程技術人員還把聲學系統應用在工業生產和軍事技術中,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現潛艇的位置以防偷襲;而潛艇沉入水中後,也須准確測定敵船方位和距離以利攻擊。因此,在第一次世界大戰期間,在海洋上,水面與水中敵對雙方的斗爭採用了各種手段。海軍工程師們也利用聲學系統作為一個重要的偵察手段。首先採用的是水聽器,也稱雜訊測向儀,通過聽測敵艦航行中所發出的雜訊來發現敵艦。只要周圍水域中有敵艦在航行,機器與螺旋槳推進器便發出雜訊,通過水聽器就能聽到,能及時發現敵人。但那時的水聽器很不完善,一般只能收到本身艦只的雜訊,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,這樣很不利於戰斗行動。不久,法國科學家郎之萬(1872~1946)研究成功利用超聲波反射的性質來探測水下艦艇。用一個超聲波發生器,向水中發出超聲波後,如果遇到目標便反射回來,由接收器收到。根據接收回波的時間間隔和方位,便可測出目標的方位和距離,這就是所謂的聲納系統。人造聲納系統的發明及在偵察敵方潛水艇方面獲得的突出成果,曾使人們為之驚嘆不已。豈不知遠在地球上出現人類之前,蝙蝠、海豚早已對「回聲定位」聲納系統應用自如了。
生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中,它們利用聲音尋食,逃避敵害和求偶繁殖。因此,聲音是生物賴以生存的一種重要信息。義大利科學家斯帕蘭捷很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行,既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲,但是塞住蝙蝠的雙耳、封住它的嘴後,它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實,斯帕蘭捷提出了一個使人們難以接受的結論:蝙蝠能用耳朵與嘴「看東西」。它們能夠用嘴發出超聲波後,在超聲波接觸到障礙物反射回來時,用雙耳接收到。第一次世界大戰結束後,1920年,哈台認為蝙蝠發出聲音信號的頻率超出人耳的聽覺范圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超聲波回波定位的方法相同。遺憾的是,哈台的提示並未引起人們的重視,而工程師們對於蝙蝠具有「回聲定位」的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器,才完完全全證實蝙蝠就是以發出超聲波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。
這三個事例發人深省,也使人們受到了很大啟發。早在地球上出現人類之前,各種生物已在大自然中生活了億萬年,在它們為生存而斗爭的長期進化中,獲得了與大自然相適應的能力。生物學的研究可以說明,生物在進化過程中形成的極其精確和完善的機制,使它們具備了適應內外環境變化的能力。生物界具有許多卓有成效的本領。如體內的生物合成、能量轉換、信息的接受和傳遞、對外界的識別、導航、定向計算和綜合等,顯示出許多機器所不可比擬的優越之處。生物的小巧、靈敏、快速、高效、可靠和抗干擾性實在令人驚嘆不已。
連接生物與技術的橋梁
仿生學的誕生
隨著生產的需要和科學技術的發展,從20世紀50年代以來,人們已經認識到生物系統是開辟新技術的主要途徑之一,自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創造發明的源泉。人們用化學、物理學、數學以及技術模型對生物系統開展著深入的研究,促進了生物學的極大發展,對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想,而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作,開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創造新的工程技術設備。生物學開始跨入各行各業技術革新和技術革命的行列,而且首先在自動控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。於是生物學和工程技術學科結合在一起,互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學。
作為一門獨立的學科,仿生學正式誕生於1960年9月。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是「分析生物系統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工系統的設計上去嗎?」斯梯爾為新興的科學命名為「Bionics」,希臘文的意思代表著研究生命系統功能的科學,1963年我國將「Bionics」譯為「仿生學」。斯梯爾把仿生學定義為「模仿生物原理來建造技術系統,或者使人造技術系統具有或類似於生物特徵的科學」。簡言之,仿生學就是模仿生物的科學。確切地說,仿生學是研究生物系統的結構、特質、功能、能量轉換、信息控制等各種優異的特徵,並把它們應用到技術系統,改善已有的技術工程設備,並創造出新的工藝過程、建築構型、自動化裝置等技術系統的綜合性科學。從生物學的角度來說,仿生學屬於「應用生物學」的一個分支;從工程技術方面來看,仿生學根據對生物系統的研究,為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物系統的技術系統,為人類造福。
仿生學的研究方法與內容
仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理,並把它模式化,然後應用這些原理去設計和製造新的技術設備。
仿生學的主要研究方法就是提出模型,進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段:
首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題,將研究所得的生物資料予以簡化,吸收對技術要求有益的內容,取消與生產技術要求無關的因素,得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析,並使其內在的聯系抽象化,用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型;最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中,不僅僅是簡單的仿生,更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復,才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果,使最終建成的機器設備將與生物原型不同,在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力,電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。
總之,仿生學的研究內容,從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處於一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代,仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來,同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下,使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變;在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養,加速科學的發展。因此,仿生學的科研顯示出無窮的生命力,它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。
仿生學的研究范圍
仿生學的研究范圍主要包括:力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
力學仿生,是研究並模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質,以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如,建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築,模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行揣流,提高航速;
分子仿生,是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構後,合成了一種類似有機化合物,在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克,便可誘殺雄蟲;
能量仿生,是研究與模仿生物電器官生物發光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程;
信息與控制仿生,是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據象鼻蟲視動反應製成的「自相關測速儀」可測定飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網路的工作原理,研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上,並在此基礎上構造出新型計算機。
仿生學的范圍很廣,信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要,另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段,使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究,大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬,生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程,都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統;而生物控制論則從控制論的一般原理,從技術科學的理論出發,為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節,而是要理解生物系統的工作原理,以實現特定功能為中心目的。—般認為,在仿生學研究中存在下列三個相關的方面:生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎,後者是目的,而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器官的結構和功能,仿製成一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。
在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
在自然界中,水母,早在5億多年前,它們就以經在海水裡生活了.」但是,水母跟順風耳又有什麼關系呢?」人們肯定會問這樣一個問題.因為,水母在風暴來臨之前,就會成群結隊地游向大海,就預示風暴既將來臨.但是,這又與」順風耳」有什麼關系呢?原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波(頻率為8~13赫),是風暴來臨之前的預告.這種次聲波,人耳是聽不到的,而對水母來說卻是易如反掌.科學家經過研究發現,水母的耳朵里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石.
科學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官.
技能訓練長頸鹿與宇航員失重現象
長頸鹿之所以能將血液通過長長的頸輸送到頭部,是由於長頸鹿的血壓很高。據測定,長頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什麼不會使長頸鹿患腦溢血而死亡呢?這與長頸鹿身體的結構有關。首先,長頸鹿血管周圍的肌肉非常發達,能壓縮血管,控制血流量;同時長頸鹿腿部及全身的皮膚和筋膜綳得很緊,利於下肢的血液向上迴流。科學家由此受到啟示,在訓練宇航員對,設置一種特殊器械,讓宇航員利用這種器械每天鍛煉幾小時,以防止宇航員血管周圍肌肉退化;在宇宙飛船升空時,科學家根據長頸鹿利用緊綳的皮膚可控制血管壓力的原理,研製了飛行服——「抗荷服」。抗荷服上安有充氣裝置,隨著飛船速度的增高,抗荷服可以充入一定量的氣體,從而對血管產生一定的壓力,使宇航員的血壓保持正常。同時,宇航員腹部以下部位是套入抽去空氣的密封裝置中的,這樣可以減小宇航員腿部的血壓,利於身體上部的血液向下肢輸送。
烏龜的龜殼與薄殼建築
龜殼的背甲呈拱形,跨度大,包括許多力學原理。雖然它只有2 mm的厚度,但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建築學家模仿它進行了薄殼建築設計。這類建築有許多優點:用料少,跨度大,堅固耐用。薄殼建築也並非都是拱形,舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。
-- 結構構件
對於構件,在截面面積相同的情況下,把材料盡可能放到遠離中和軸的位置上,是有效的截面形狀。有趣的是,在自然界許多動植物的組織中也體現了這個結論。例如:「疾風知勁草」,許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構,其截面是空心的。支持人承重和運動的骨骼,其截面上密實的骨質分布在四周,而柔軟的骨髓充滿內腔。在建築結構中常被採用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結構、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。
-- 斑馬
斑馬生活在非洲大陸,外形與一般的馬沒有什麼兩樣,它們身上的條紋是為適應生存環境而衍化出來的保護色。在所有斑馬中,細斑馬長得最大最美。它的肩高140-160厘米,耳朵又圓又大,條紋細密且多。斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共外,以抵禦天敵。人類將斑馬條紋應用到軍事上是一個是很成功仿生學例子。
附(仿生學現象簡表):
1。從令人討厭的蒼蠅身上,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
2。從螢火蟲到人工冷光;
3。電魚與伏特電池;
4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
5。人們根據蛙眼的視覺原理,已研製成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣,准確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統後,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而准確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。
電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。
6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的「探路儀」。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、台階、橋上的人等。如今,有類似作用的「超聲眼鏡」也已製成。
7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。
8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿製了人力增強器——步行機。
9。現代起重機的掛鉤起源於許多動物的爪子。
10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
11。船槳模仿的是鴨的蹼。
12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。
13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。
14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們製造氣味探測儀提供了思路。
15。壁虎腳趾對製造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。
16.樹葉的排列和悉尼大劇院的建設。
17.潛水艇和魚的沉浮。
18.響尾蛇和空對空響尾蛇導彈。
[編輯本段]【仿生學最新發展】
1994年中科院(CAS)曾[傑]邦哲提出系統生物工程與系統遺傳學的概念與原理,探討細胞仿生工程,並於德國2002年提出細胞通訊的生物計算機( 型。仿生學與遺傳學的整合是系統生物工程(systems bio-engineering)的理念,也就是發展遺傳工程的仿生學。人工基因重組、轉基因技術是自然重組、基因轉移的模仿,還天然葯物分子、生物高分子的人工合成是分子水平的仿生,人工神經元、神經網路、細胞自動機是細胞系統水平的仿生,跟隨單基因遺傳學單基因轉移發展到多基因系統調控研究的系統遺傳學(system genetics)、多基因轉基因的合成生物學(synthetic biology),以及納米生物技術(nano-biotechnology)、生物計算(bio - computation、DNA計算機技術的系統生物工程發展,仿生學已經全面發展到一個從分子、細胞到器官的人工生物系統(artificial biosystem)開發的時代。

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