关于仿生学的例子

Question

132103241

Answer 1

学霸牛博士

Answer 2

2008-4-8 16:42 happy1998bai | 一级
仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。

仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性质”的意思)构成的。

仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。

苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。

自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。

仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。

【人类仿生由来已久】

自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。

鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。

以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生学的先驱，也是仿生学的萌芽。 赞同
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2008-4-9 11:26 008Yuan | 四级
根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。
人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。
人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。
科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。
生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。
船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。
响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。
火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。
科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。
科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。
白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。
美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。
我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能.
简单的例子：
1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。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。
2。从萤火虫到人工冷光；
3。电鱼与伏特电池；
4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，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。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。
电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。
6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。
8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。
9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
11。船桨模仿的是鱼的鳍。
12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。
13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。

详细的例子：
聪明的老鼠更痛苦
几年前，美国普林斯顿大学的华裔科学家钱卓创造了一种转基因
鼠，证明它们是一种比普通鼠更聪明的老鼠。钱卓的做法是在一些老
鼠中加入一个额外的基因NR2B。这些有额外转基因的老鼠与一般老鼠
所做的对照实验表明，在六项行为指标方面，转基因鼠都比普通老鼠
要优异一些，尤其是在学习和记忆力方面，转基因鼠大大超过了普通
鼠。
这一研究成果马上引起了轰动，有人预测，如果把这样的手段运
用到人身上，就可能使人更聪明，智商更高，社会适应能力更强。然
而，姑且不论把这一研究成果运用到人身上的伦理争论，仅仅是纯生
物学技术意义上的进一步观察就使人感到，如果有人想以这种途径来
变得聪明，很可能会付出巨大的代价。
最近的研究发现，转基因鼠变得聪明后，它们也付出了非常“痛
苦”的生理代价。美国华盛顿大学的研究人员最近培养了一批聪明鼠，
然后用聪明鼠与一般老鼠做对照实验。他们把甲醛溶液注射到聪明鼠
和一般鼠的爪子里，在一个小时内，两组小鼠舔舐爪子的次数差不多，
即表明两组鼠的疼痛感觉差不多。但随着时间的延续，聪明鼠舔爪子
的次数逐渐多起来，明显超过普通鼠。这说明聪明鼠与一般老鼠忍受
急性疼痛的感觉是一致的，但是对慢性疼痛，聪明鼠的耐受力显然要
比一般老鼠差。
这种痛苦代价的原因在于基因，正所谓成也萧何，败也萧何。因
为聪明鼠体内转入了NR2B基因，这个基因能控制一种叫做NMDA的受体，
后者能激活神经，帮助记忆和学习，使老鼠变得更聪明。但同样是由
于NMDA受体的作用，聪明鼠对疼痛和伤害都比普通老鼠更敏感，也有
更好的记忆力。
当然这个研究结果还可以得出其他一些启发，比如针对NMDA研制
止痛药。但它更能说明的是，一种基因如果有一种正面作用，也就可
能有另一种负面作用，正如一张纸的正面与反面，长短相形，是不能
截然分开的。
（张田勘）
狒狒烦恼着人的烦恼
坦桑尼亚赛伦盖提国家公园中的狒狒生活条件还算优越，既不愁
吃也不愁病，按说，它们应该快乐无忧地生活。谁料，它们却因为酷
似人类社会里的问题，如性别、政治、尊卑顺序及恃强凌弱等，而出
现与人类的病症相同的病症：胃溃疡、高血压及胆固醇过高。
美国加州斯坦福大学的研究指出，这些狒狒不必花时间觅食，也
不受疾病及天敌威胁，使得他们多半时间在烦恼着西方人所烦恼的事
情。
这些狒狒中，日子过得最好的就是那些“人缘”最佳，属于地位
最稳固的阶层；最容易生病的则是神经兮兮的，永远在乎别人怎么看
待自己的狒狒。主导这项研究的罗伯特·沙波斯基教授在“美国国家
科学促进会”上表示：“从生态学的角度来看，应该只有人类享有创
造社会及心理压力的特权。”而赛伦盖提国家公园的狒狒每天花三小
时就可以满足热量所需，所以它们也有类似人类创造压力的特权。就
因为社交问题复杂，狒狒也会出现溃疡病例。
沙波斯基教授以数群狒狒为研究对象，采集到它们的血液样本，
检测其压力激素（也称压力荷尔蒙）、抗体、胆固醇及其他健康指标。
还通过观察找出狒狒的团体阶级、个体特质及互动关系。
研究人员还发现，有的雄狒狒的压力激素最低，它们是那些大部
分时间都在打扮自己，又让不处于发情期的异性打扮，还常陪狒狒宝
宝玩耍的雄狒狒。沙波斯基教授说，采取相似策略的人类，可能适应
压力的情况也比较好。
（任意）
牛的"紧缩计划"
穆斯考克斯牛浑身长满棕色的长毛，既有几分像牧羊犬，又有几
分像绵羊。它只生活在加拿大北部和格陵兰岛，那里一年有三个月黑
暗得不见天日，有七个月温度在零度以下，大多数动物都无法在那里
生存。但是它们却擅长苦中作乐，在短暂的夏季里尽情享受过丰盛的
水草之后，就缓慢沉重、却又义无反顾地走入无尽风雪之中。
科学家们经过长期研究发现，穆斯考克斯牛适应恶劣自然环境的
本领比人们预料的还厉害。由于冬季食物短缺，它们就降低对食物的
需求，重新调整消化系统，使其能够从每一粒食物中最大限度地吸取
营养。此外，它们还通过减少器官的活力来保存能量，如肝与肾的重
量就都减少一半。得益于这种“紧缩计划”，怀孕的母牛总是可以凭
借体内积蓄的脂肪坚持到第二年化冻才生产，而此时它们的乳汁足够
新生小牛吃几个星期的。
（高峰）
灵长类对付拥挤有一套
如果把一群老鼠塞进狭窄空间里，它们会疯狂地互相撕咬。而最
近的研究表明，灵长类有应付拥挤环境的手段。
在拥挤的环境里，人会变得非常小心，自觉接受道德约束，尽量
不与周围人的身体过多接触。因为电梯里这种现象较为常见，所以社
会学上就称其为“电梯效应”。短时间被封闭在狭窄空间里，人们都
会尽量减少身体接触，控制动作的幅度和讲话的音量。像这类避免摩
擦及由此产生的压抑感的手段，在猩猩及类人猿的群体中也经常看到。
“电梯效应”最初由美国艾莫尔大学（佐治亚州）的弗朗斯·贝
尔教授基于对大猩猩的观察首次提出。他在一次实验中把三组大猩猩
放在不同的环境中哺养，一组生活在空旷的院子里，另两组分别生活
在拥挤而狭窄的棚舍和与其相邻但不很拥挤的棚舍里。结果表明，压
抑感最强的是既不空旷又不拥挤的那一组，因为它们经常被拥挤着的
邻居们的骚乱所困扰，当邻居们安静下来的时候，它们与生活在空旷
院子里的一组一样，看不出压抑感。
通常情况下，大猩猩听到“邻居”骚乱时，会连叫带跳地积极给
予呼应，处在野生环境中的这种动物现象可以理解为对自己势力范围
的卫护，以阻止外来者入侵。但是，在封闭的环境中饲养的大猩猩，
慢慢就会克制自己的兴奋情绪，控制感情变化。
对此现象，贝尔教授试图从进化论的观点做出解释。他认为：“
道德的形成应来自于大脑的进化”，他确信，争夺、和解转而友好地
分食等灵长类特有的种种行为当中，都应有道德因素的存在。
（连荣）
企鹅步态蹒跚少能耗
企鹅的行走姿态可谓憨态可掬。人们很难把这种走路方式与聪明
或是效率联系到一起。但事实上，企鹅之所以这么行走是有道理的。
美国加利福尼亚大学的研究人员最近发现，在企鹅王国里，这种蹒跚
学步可能是最符合行动逻辑的。这种方式可能对于怀孕的妇女也会有
一定的借鉴意义。
研究人员把企鹅放在一个特殊的平台上，对它们行走过程中的左
右和前后摇摆都进行了详细的数据记录，最后他们得出了结论，认为
企鹅之所以要摇摆行走，是因为在摇摆过程中可以存储能量，把能耗
减少到最低限度。另外，对于企鹅的特殊体形来说，这种行走方式可
以把它们的重心抬高，提高了行走时的效率。在一步与一步之间，企
鹅可以存储80％的能量，这在动物世界中是最高的，相比之下，人类
的这一数字为65％。
（留民）
猫打呼噜有助健康
猫在休憩时，喉咙中常会发出呼噜呼噜的声音。有人认为这是猫
在打呼噜，但美国科学家却发现这是猫自疗的方式之一。人们之所以
称猫有九条命，与猫休憩时打呼噜有密不可分的关系。科学家指出，
无论是家猫或野猫，在受伤后都会发出呼噜呼噜的声音。这种由喉头
发出的呼噜声有助于它们疗治骨伤及器官损伤，同时也可使它们更为
强壮。科学家从人类实验中也发现，将人体暴露于如同猫打呼声的音
波下，有助于改善人类的骨质。美国北卡罗莱纳州区系动物沟通研究
所科学家发现，家猫打呼声的频率约在27至44赫，美洲狮、中南美洲
豹猫、非洲山猫、印度豹及西南亚野猫等的打呼声频率为20至50赫。
这一发现证明，人类暴露于20至50赫的音波下，可以增强骨质并促进
骨骼成长的理论是正确的。
猫科动物喉头发出的呼噜声，其疗伤的效用就如同人类置身于超
音波下疗伤的效用。马金瑟纳尔表示，科学家下一步想了解猫科动物
呼噜声的疗伤过程。研究人员目前正在探讨用音波治疗骨质疏松症及
刺激停经妇女骨骼重生的可能性。北英格兰贺尔大学骨骼新陈代谢疾
病科主任波尔迪表示，人类的骨骼需要刺激，否则钙质便将流失，使
得骨骼变得脆弱。猫喉咙发出呼噜声可能就是猫刺激骨骼重生的方式。
针对患有骨质疏松症的老年人设计运动来防止钙质流失是十分困难的，
但利用猫科动物打呼噜的原理，帮助老年人改善骨质却是有可能的。

一些科学应用：
智能计算

智能计算,也有人称之为"软计算"，就是借用自然界（生物界）规律的启迪，根据其原理，模仿设计求解问题的算法。如：人工神经网络技术、遗传算法、进化规划、模拟煺火技术和群集智能技术等。

群集智能（Swarm Intelligence）

群居昆虫以集体的力量，进行觅食、御敌、筑巢的能力。这种群体所表现出来的"智能"，就称之为群体智能。如蜜蜂采蜜、筑巢、蚂蚁觅食、筑巢等。从群居昆虫互相合作进行工作中，得到启迪，研究其中的原理，以此原理来设计新的求解问题的算法。

蚂蚁算法

蚂蚁觅食时，在它走过的路上，留下外激素，这些外激素就象留下路标一样，留给后来"蚁"一个路径的标志。后面的蚂蚁，就会沿着有外激素的路径行走（外激素越多引诱蚂蚁的能力就越强）。科学家们对此进行过试验：用人造的外激素在纸上画上一条路径，对蚂蚁进行试验。结果蚂蚁果然都沿画有外激素的路径行走。

B

D

蚁穴 A

C 食物

蚂蚁寻食时，由蚁穴出发，可沿AC，也可沿ABC（见上图），设各蚂蚁寻到食物后沿原路回穴，并在路上留下外激素，那么因AC路径短，故当它们沿AC返回时，就在AC上留下两次外激素。而沿ABC返回者，因其路径长，仅回到D点，于是AD一段只留过一次外激素（即其上的外激素的浓度比AC上的浓度淡），故这时从蚁穴出来寻食者就会沿浓度大的路径AC行走……最后大多数的蚂蚁都会沿较短的路程进行寻食. 利用这个原理科学者们就设计了蚂蚁算法(进行求最短程)。

上面是个简单的原理,当然要设计出切实可行的算法,还要将模型进一步精确,如要计及外激素的挥发(即激素的浓度将随时间而逐步降低等等).

用蚂蚁算法求最短程

1.一群蚂蚁随机从出发点出发，遇到食物，衔住食物，沿原路返回

2. 蚂蚁在往返途中，在路上留下外激素标志

3. 外激素将随时间逐渐蒸发（一般可用负指数函数来描述，即乘上因子e-at）

4. 由蚁穴出发的蚂蚁,其选择路径的概率与各路径上的外激素浓度成正比

蚂蚁算法还可以应用于很多实际问题，例如用于重建通讯路由，管理公司的电话网，对用户记帐 收费等工作，任务分配问题等

不要停，继续思索

进一步，将每个蚂蚁看成是一个神经元，它们之间的通讯联络，看成是各神经元之间的连接，只不过这时的连接不是固定的，而是随机的。即用一个随机连接的神经网络来描述一个群体。这种神经网络所具有的性质，就是群体的智能。
~~~~~~~~`要我的哦!~~~~~~~ 赞同
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2008-4-13 12:33 qiaqia1024 | 一级
仿生学举15个例子：
1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。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。
2。从萤火虫到人工冷光；
3。电鱼与伏特电池；
4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，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。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。
电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。
6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。
8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。
9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
11。船桨模仿的是鱼的鳍。
12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。
13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 赞同
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2008-4-13 14:57 dc741741 | 二级
仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。
仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性质”的意思)构成的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方

Answer 3

苍蝇与宇宙飞船

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，仿制成功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。

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、ATP(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。

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，那幺，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。

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，听石就剌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

Answer 4

仿生学举15个例子：
1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。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。
2。从萤火虫到人工冷光；
3。电鱼与伏特电池；
4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，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。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。
电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。
6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。
8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。
9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
11。船桨模仿的是鱼的鳍。
12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。
13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。
好运

Answer 5

苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。

【人类仿生由来已久】

自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。

鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。

以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生的先驱，也是仿生学的萌芽。

生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中，它们利用声音寻食，逃避敌害和求偶繁殖。因此，声音是生物赖以生存的一种重要信息。意大利人斯帕兰赞尼很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是堵塞蝙蝠的双耳后，它们在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，帕兰赞尼提出了一个使人们难以接受的结论：蝙蝠能用耳朵“看东西”。第一次世界大战结束后，1920年哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技术是难以相信的。直到1983年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。

另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践，终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进，30年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在三亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！

以上这三个事例发人深省，也使人们受到了很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，在它们为生存而斗争的长期进化中，获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明，生物在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具备了适应内外环境变化的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等，显示出许多机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性实在令人惊叹不已。