植物,动物仿生学

植物,动物的仿生学例子

1、苍蝇与小型气体分析仪

令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。

苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,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”,这些神经立即把气味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,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。

仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成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。就是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经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。

这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。

2、从萤火虫到人工冷光

自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯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,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢?

人类又把目光投向了大自然。

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,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。

在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类理想的光。

科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们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,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。

早在40年代,人们根据对萤火虫的研究,创造了日光灯,使人类的照明光源发生了很大变化。近年来,科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素,后来又分离出了荧光酶,接着,又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、A TP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源,不会产生磁场,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。 现在,人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为安全照明用。

3、电鱼与伏特电池

自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种。人们将这些能放电的鱼,统称为“电鱼”。

各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压,有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上电

击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。

电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究,终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形,位于尾部脊椎两侧的肌肉中;电鳐的发电器形似扁平的肾脏,排列在身体中线两侧,共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱,但由于电板很多,产生的电压就很大了。

电鱼这种非凡的本领,引起了人们极大的兴趣。19世纪初,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究,还给人们这样的启示:如果能成功地模仿电鱼的发电器官,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。

4、水母的顺风耳

“燕子低飞行将雨,蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道,生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海,就预示着风暴即将来临。

水母,又叫海蜇,是一种古老的腔肠动物,早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能,每当风暴来临前,它就游向大海避难去了。

原来,在蓝色的海洋上,由空气和波浪摩擦而产生的次声波(频率为每秒8—13次),总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到,小小的水母却很敏感。仿生学家发现,水母的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来临的风暴的隆隆声。

仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上,当接受到风暴的次声波时,可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向,就是风暴前进的方向;指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义。

5、蛙眼与电子蛙眼 大自然对于我们人类有着许多的启示.就在现代,伟大的科学家根据青蛙眼睛的构造,经过无数次的不停努力试验,终于发明了电子蛙眼.

青蛙那两颗闪闪发光的大眼睛为什么会在夜里也能看清那些极小的害虫呢?有人认为,因为青蛙的眼睛特别大,能看清很多事物,所以青蛙能在夜里捕捉那些

极小的害虫.其实,青蛙的眼睛与我们人类的眼睛结构一点都不一样,青蛙的眼睛

特别特殊,它的两眼都有一个非常复杂的构造,它的里面有四种神经细胞,它们的

形状,大小和树状突分枝各不相同,每种细胞接受范围的大小和传导信号的速度也不同.

科学家就根据青蛙特殊的眼睛造出电子蛙眼,电子蛙眼非常实用,它可以随时监视任何一架不同的飞机的起飞或者下降,还可以跟踪人造卫星,可以在任何时候都能监视人造卫星有没有出问题,把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达系统大大提高了抗干扰能力,这种雷达系统能准确地识别出特定形状的飞机,导弹等.都是因为有了青蛙的启示,我们人类才会造出这么好用的电子蛙眼.

6、蝴蝶和卫星控温系统。遨游太空的人造卫星,当受到阳光强烈辐射时,卫星温度会高达200摄氏度;而在阴影区域,卫星温度会下降至零下200摄氏度左右,这很容易烤坏或冻坏卫星上的精密仪器仪表,它一度曾使航天科学家伤透了脑筋。后来,人们从蝴蝶身上受到启迪。原来,蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片,这些鳞片有调节体温的作用。每当气温上升、阳光直射时,鳞片自动张开,以减少阳光的辐射角度,从而减少对阳光热能的吸收;当外界气温下降时,鳞片自动闭合,紧贴体表,让阳光直射鳞片,从而把体温控制在正常范围之内。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发,将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热潜力相差很大的百叶窗样式,在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝,随温度变化可调节窗的开合,从而持续了人造卫星内部温度的恒定,解决了航天事业中的一大难题。

科学家经过研究,为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统.

7、长颈鹿和“抗荷服”。

飞行演习中,只见高速歼击机快速的拉升,降低,看得人胆战心惊,人们都知道,飞行员在飞机突然加速时会因脑部缺血而产生痛苦,甚至血管爆裂,那么飞行员有什么好方法去解决这个问题呢?原来是人从长颈鹿的身上得到了启示。

长颈鹿是世界上目前最高的动物，其大脑和心脏的距离为3米，完全是靠高160-260毫米贡柱的血液把血液送到大脑的，按一般分析，当长颈鹿低头喝水时，大脑的位置低于心脏，大量血液会涌到大脑，使血压更加增高。那么长颈鹿会在饮水时因为脑充血或血管破裂等疾病而死亡，但裹在长颈鹿身上的一层厚皮紧紧箍住了血管，限制了血压。

飞机设计师和航空生物学家依照长颈鹿皮肤原理，设计出一种新颖的“抗荷服”，从而解决了超高速歼击驾驶员在突然加速爬升时应脑部缺血而引起的痛苦。这“抗荷服”内有一装置，当飞机加速时可压缩空气，也能对血管产生相应的压力，这比长颈鹿的厚皮更高明了。

大自然真是人类的好老师啊！人们研究生物，从生物身上得到启示，有所发明，有所创造，为我们的生活提供更多的便利。

8、鱼鳔与潜水艇

为了探索海洋中的奥秘,科学家一直在不断研究,希望设计制造出一种既能在水中航行,又能潜入深海的潜水工具。1680年,意大利发明家博列里通过对鱼类的观察,发现大多数鱼能依靠瞟的缩小或膨胀来调节身体的比重.从而在水中下沉或上浮。当鱼要浮起来时,它便放松肌肉,使瞟变大,瞟内充满了空气,鱼所受到的浮力就大,鱼也就能浮起来;如果收缩肌肉,瞟变小了,浮力减小,鱼就下沉;瞟内一定量的气体还能使鱼体比重与水环境的比重相等,这样鱼就会停留在原地,既不上升也不下降。根据鱼瞟的工作原理,博列里制造了一艘潜水艇。现代潜水艇的外壳与内壳之间有专门的水舱,称为压载水舱,这是潜水艇的沉浮装置。近年来,潜水艇发展很快,下潜深度大大增加,速度大大提高。

科学家根据鲨鱼制成了潜水艇在鱼的身体内部有一个器官叫做鱼鳔,也就是我们平时所说的水泡当鱼鳔鼓起来时,浮力增加鱼就能浮到水面。当鱼鳔瘪下来时,浮力减少,鱼就能沉在水底。当鱼鳔里有一部分空气时,它就能停留在水的中间。有一位科学家从鱼的上浮、下沉受到了启发,经过多次的实验、研究,发明了一种能在水中上浮和下沉的船,叫作潜水艇

潜水艇下潜上升主要靠改变潜水艇内部的重量,在水中的话考虑的是水的浮力,而这和潜水艇的体积有关,这个方面是固定的,浮力也是一定的。内部的空气体积变化不会影响质量,就影响不到潜水艇。约压缩,进入的水越多,整体受到的重力越大,下潜的越快。

9、猫眼与夜视仪

在漆黑的夜里，听见“砰砰”两声枪响，原来是一位解放军战士在黑夜里练习射击。在漆黑的夜里，他居然能百发百中，这是为什么呢？原来是人们从猫的眼睛上得到了启示。

我们以前看过猫在夜里捉老鼠，每次都能百发百中。猫是不是能在夜里看清所有东西呢？科学家研究了猫的眼睛。发现猫眼的视网膜上具有圆锥细胞和圆柱细胞，圆锥细胞能感受白昼普通光的光强和颜色，圆柱细胞能感受夜间的光觉。一般只能在白天活动的动物如鸟、鸡等，它们的视网膜中常常只有圆锥细胞；而另一些只能在夜间活动的动物如猫头鹰，其视网膜上只有圆柱细胞，此外，猫眼还有一个特点，在它感受弱光时，瞳孔能够随着光的不同强度而自动调整。在光线十分微弱的晚上，瞳孔又能放大呈圆形，以便保证在黑暗中也能看清楚各种物体。

知道这个原因后，人们就从猫的眼睛里得到启示，发明了一种“夜视仪”，它能像猫一样在夜里看清东西，让人们更好的观察黑夜。