關于動物與仿生學自制第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日什么是仿生學？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，并將這些原理移植于工程技術之中，發明性能優越的儀器、裝置和機器，創造新技術。說簡單點就是將其他動物或植物上的優點吸取并應用于科技上。第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日螢火蟲——人工冷光科學家研究發現，螢火蟲的發光器位于腹部。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。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日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，是由于長頸鹿的血壓很高。據測定，長頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什么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繃得很緊，利于下肢的血液向上回流。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繃的皮膚可控制血管壓力的原理，研制了飛行服——“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，利于身體上部的血液向下肢輸送。1第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日3蝙蝠的回聲定位與雷達雷達是一種神奇的電學器具，它由電磁波往返時間，測得阻波物的距離。假如你問雷達是誰發明的？在芬克的雷達機械中說，“雷達的發明，不能專歸于某一位科學家，乃是許多無線電學工程師努力研究，加以調準而成。”在戰時，美國麻省理工學院由五百位科學家和工程師致力于雷達的研究。希奇得很，在自然界中，你找得到神為某種動物所豫備的雷達。在一九四七年一月號的英國奮勉雜志上，科學家B.Vesey-Fitzgerald發表了一篇很有趣的文本，給我們解釋蝙蝠在黑暗中如何指導自己飛行，不論如何黑暗，如何狹窄的地方，絕不碰壁，這是什么原因？它怎樣知道前面有無障礙呢？關于這事有兩位美國生物學家格利芬和迦朗包在一九四○年已經證明，蝙蝠能夠避免碰撞，是藉一種天然雷達，不過是聲波代替電磁波，在原理方面完全相仿。從蝙蝠口中發出一種頻率極高的聲波，超過人類聽覺范圍以外，二位科學家藉著一種特制的電力設備，在蝙蝠飛行時，將它所發的高頻率聲波記錄出來。這種聲波碰到墻上，必然折回，它的耳膜就能分辨障礙物的距離遠近，而向適宜方向飛去。蝙蝠傳輸聲波也像雷達一樣，都是相距極短的時間而且極有規則，并且每只蝙蝠，有其固有的頻率，這樣蝙蝠可分清自己的聲音，不至發生擾亂。因這緣故，蝙蝠飛行之時，常是張口，假如你將它口緊閉，它便失去指揮作用，假如堵上它的耳朵，便要撞到墻上，無法飛行。這個有趣的實驗，道破了它的秘密。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日螢火蟲與冷光

螢火蟲在夏日夜晚發出的光,和太陽光以及各種電燈光都不一樣。太陽依靠核聚變來發光,電燈依靠電流對燈絲的加熱,它們在發光時都伴隨有熱的產生。因此,人們稱它們為熱光源。螢火蟲發出的光,是由體內一系列特殊的化學反應引起的。由于它能100%地將能量轉換成光能,不產生熱量,人們就稱它為冷光源。

螢火蟲的特異功能是由它體內所含的熒光素、熒光酶和氧氣相互作用的結果。熒光酶是一種蛋白質,是發光的催化劑,在它的作用下,熒光素便和氧氣發生化學反應,形成氧化熒光素。在這個化學反應中,每氧化一個熒光素分子就發射出一個光子,因而反應所產生的能量全部以光的形式釋放出來。自然界能夠發光的生物還有許多種。有一種甲殼動物,在它們由干燥變成潮濕的時候,能發出輝光。第二次世界大戰中,日本兵感到較強的燈光危險性太大,就在干燥的甲殼動物上吐一點兒唾沫,它發出的光足夠閱讀一張地圖。生物發光的強度雖然不大,但卻給人們研究新光源以重要啟示。2第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日4烏龜的龜殼與薄殼建筑龜殼的背甲呈拱形，跨度大，包括許多力學原理。雖然它只有2mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建筑學家模仿它進行了薄殼建筑設計。這類建筑有許多優點：用料少，跨度大，堅固耐用。薄殼建筑也并非都是拱形，舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。

第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日蜻蜓與飛機蜻蜓通過翅膀振動可產生不同于周圍大氣的局部不穩定氣流，并利用氣流產生的渦流來使自己上升。蜻蜓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飛行，其向前飛行速度可達72公里/小時。此外，蜻蜓的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打。科學家據此結構基礎研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時，常會引起劇烈振動，甚至有時會折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時安然無恙，于是人們效仿蜻蜓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。

為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動力學以及其飛行的效率，一個四葉驅動，用遠程水平儀控制的機動機翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風洞內測試了各項飛行參數。

第二個模型試圖安裝一個以更快頻率飛行的翅膀，達到每秒18次震動的速度。有特色的是，這個模型采用了可變可調節前后兩對機翼之間相差的裝置。

研究的中心和長遠目標，是要研究使用“翅膀”驅動的飛機表現，以及與傳統的螺旋推動器驅動的飛機效率的比較等等。5第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6蜘蛛與裝甲蜘蛛和裝甲生物學家發現蜘蛛絲的強度相當于同等體積的鋼絲的5倍。受此啟發，英國劍橋一所技術公司試制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。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日鯨魚與潛艇鯨魚和潛艇的“鯨背效應”當代核潛艇能長時間潛航于冰海之下，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分鐘必須破冰呼吸一次中得到啟迪，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”。7第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日8青蛙與電子眼為了弄清楚為什么青蛙一定要等飛蛾起飛才發動攻擊，仿生學家對青蛙進行了特殊的實驗研究。原來，蛙眼視網膜的神經細胞分成五類，一類只對顏色起反應，另外四類只對運動目標的某個特征起反應，并能把分解出的特征信號輸送到大腦視覺中樞——視頂蓋。視頂蓋上有四層神經細胞，第一層對運動目標的反差起反應；第二層能把目標的凸邊抽取出來；第三層只看見目標的四周邊緣；第四層則只管目標暗前緣的明暗變化。這四層特征就好像在四張透明紙上的畫圖，迭在一起，就是一個完整的圖像。因此，在迅速飛動的各種形狀的小動物里，青蛙可立即識別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對其他飛動著的東西和靜止不動景物都毫無反應。

弄清了蛙眼的原理和結構，仿生學家就發明了電子蛙眼。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日蝴蝶與人造衛星蝴蝶和衛星控溫系統遨游太空的人造衛星，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。后來，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。9第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日10鯊魚與游泳衣鯊魚皮這個名字可不是白叫的，該款游裝的設計靈感確實來源于鯊魚。在鯊魚的皮膚表面上分布著許多的齒狀突起，它們能夠保持好水流的流態，并產生具有卷吸作用的穩定的渦流，可以有效的減少表面磨擦阻力和壓差阻力，令鯊魚更為順暢的在水中游動。鯊魚皮游泳衣精確的模擬了海洋霸王的表皮結構，其齒狀突起科學的按照鯊魚表皮的比例尺寸制造，使其更加符合自然規律，這也就是它最大的秘密。別外，鯊魚皮游衣的面料主要采用一種叫做箍銅樹脂薄膜的新型的高科技產品，具有極強的彈性和伸展性，它更好的緊束人體外形，盡可能創造出流線性效果，同時還可以壓縮肌肉，減少肌肉在水中的擺動，要知道肌肉在水中的擺動正是形狀阻力產生的主要來源。鯊魚皮游泳衣是把仿生學理論和流體力學理論運用到體育領域里中的一次嘗試，有專家甚至認為它是繼比基尼問世以來在泳衣設計上的又一次跨時代革命，由于世界大賽上頂尖高手間的差距往往只在毫厘之間，如果鯊魚皮真的能提高哪怕1％的成績，那么現在的各項世界紀錄，在它的影響下都將形同虛設。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日仿生造型設計鳥類的蛋具有如此大的承受力,是與它特有的蛋形曲線和科學的結構分不開的.蛋的結構有3層,外層為表皮層,又稱閃光層,中層為海綿層,內層為乳頭層,不同的鳥類具有不同的3層顯微結構.

第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日仿生造型設計車身結構，就象哺乳動物的骨骼，支撐著體內的其他部分。對于寶馬3系，車身重量約占整車的20%，而人的骨骼占人體重的18%。再以馬為例，馬的骨骼與其總體重之比達到完美的7~10%，平衡的秘密就在于馬骨骼的結構和密度。總重量/高負重組織結構——以馬為鑒的輕質技術第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日仿生造型設計寶馬的H2R氫燃料汽車最高時速達300.175公里。無庸置疑，發揮到極至的空氣動力學是實現這一高速的關鍵因素。寶馬H2R外型和設計的靈感來自海豚和企鵝的低阻身材。圓鼓的前臉、收起的尾部，極小的正鋒面，成就了其0.21的阻力系數。而球的阻力系數則是0.50。魚、海豚、企鵝——流線品質的最佳化第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日響尾蛇的視力幾乎為零，但其鼻子上的頰窩器官具有熱定位功能，對0.001攝氏度的溫差都能感覺出來，且反應時間不超過0.1秒。即使爬蟲、小獸等在夜間入睡后，憑借它們身體所發出的熱能，響尾蛇就能感知并敏捷地前往捕食。科學家根據響尾蛇這一奇特功能，研制出現代夜視儀、空對空響尾蛇導彈，以及仿生紅外探測器。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日蝙蝠發出的超聲波遇到障礙物就會被反射回來，迅速判斷前方是什么物體，距離有多遠，是食物，樹干還是敵人，然后決定進攻或躲避。

第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日經過蝙蝠的啟示，人類發明了聲納，即超聲波測距儀,用于各個領域，發揮著重要的作用。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日螳螂臂——鋸子有一次魯班進深山砍樹木時，一不小心，手被一種野草的葉子劃破了，他摘下葉片輕輕一摸，原來葉子兩邊長著鋒利的齒，他的手就是被這些小齒劃破的，他還看到在一棵野草上有條大蝗蟲，兩個大板牙上也排列著許多小齒，所以能很快地磨碎葉片。魯班就從這兩件事上得到了啟發。他想，要是這樣齒狀的工具，不是也能很快地鋸斷樹木了嗎？于是，他經過多次試驗，終于發明了鋒利的鋸子，大大提高了工效。第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日電魚——伏特電池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。由于電魚的種類不同，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，位于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;電鯰的發電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由于電板很多，產生的電壓就很大了。19世紀初，意大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的電池。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日水母——風暴預測儀水母這種動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就游向大海避難去了。主要是根據由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波(頻率為每秒8—13次)。次聲波是總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。仿生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。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前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。第二十二頁，共二十四頁，編