仿生学的例子

Question

急，从动物身上得到的启发

Answer 1

学霸牛博士

Answer 2

“仿生学”实例
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，那么，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 3

高速运转的恐龙钻头
鸭嘴龙是史前巨型爬行动物，它的牙床上重重叠叠地长了约600颗牙齿，如果上面的牙齿磨掉了，下面的牙齿会补上去。而且它们的牙齿是双层的，外层的牙不能用了，内层的牙齿会自动补上去，继续使用。机械师模仿鸭嘴龙牙齿的排列形状，设计制成了一种恐龙钻头。这种新钻头模仿鸭嘴龙的牙齿，装了两层，内层的齿嵌在较软的材料上，当外层的齿磨坏了不能使用时，钻头继续旋转，就会将这层软材料磨掉，露出内层的齿，于是钻头又可以继续钻进了。这种钻头减少了调换钻头的麻烦，其钻进速度是一般钻头的2倍。真想不到，史前生物鸭嘴龙也能为现代科学技术作出贡献。
长颈鹿与飞行“抗荷服”
长劲鹿身高在5m以上，头部距离心脏有3m，如果没有高的血压，头部大脑就可能得不到充分的血液。据测定，长颈鹿体内的血压高达46.55kpa（350mmhg），比人的血压高出2倍，其他动物如果血压升到这样的高值，会立即因脑溢血而死亡。长颈鹿为什么不会发生脑溢血呢?原来，长颈鹿的那层紧绷在身上的皮肤能抵抗突然升高的血压。当它低头喝水时，紧绷的皮肤会牢牢箍住血管，不会因血压的突然增加而被胀破。科学家受到启示，发明了一种仿照长颈鹿皮肤的飞行服——“抗荷服”。抗荷服上有一套充气装置，随飞机速度的增高，会自动充入一定数量的气体，压缩空气对血管产生一定的压力，从而使人的血压保持正常。 导弹命名“响尾蛇”
响尾蛇是一种毒性很强的蛇，它有一种能探测周围环境中温度变化的红外线感受器，长在眼睛与鼻孔之间的颊窝里。由于响尾蛇具备了这种红外线感受器，在黑暗中也能准确无误地捕获猎物。美国的海军武器研究中心，利用这一原理，研制出一种空对空导弹的敏感器件，能够探测来自目标的红外辐射，从而紧紧盯住目标不放，直至把目标摧毁。这种导弹被命名为“响尾蛇导弹”。 伪装之王变色龙
变色龙学名叫“避役”，它行动迟缓，面目可憎，浑身灰黑色，布满了疙瘩，可是它在一昼夜中能变换六七种颜色。原来，变色龙的表皮上有一个变幻无穷的“色彩仓库”，贮藏着黄、绿、蓝、黑等各种色素细胞，一旦周围的光线、温度和湿度发生了变化，变色龙就随之改变体色。科学家仿照变色龙，制成了一种既能自动改变颜色，又始终与环境保持一致的军装。这种军装用一种对光线变化很敏感的化学纤维织成的布料制成，士兵穿上这种军装，可以放
鳄鱼“流泪”的启示。
凶残的鳄鱼在吞食猎物时，总是流着“悲伤”的眼泪，其实它们是在排泄体内多余的盐分。生活在咸水或海水中的动物，体内都有一种特殊的结构——盐腺，各种盐腺的构造基本一样：中间是一根导管，并向四周辐射出几千根细管，跟血管交织在一起，把血液中多余的盐分离析出来，再通过中央的导管排泄到体外。盐腺是动物天然的“咸水淡化器”。科学家从鳄鱼的流泪中得到启示，模仿盐腺的构造原理，研制出一种体积小、重量轻、效率高、价格低的“仿生海水淡化器”，从根本上解决了海水淡化的难题。
潜艇的外形像海豚。
海豚的游泳速度每小时可达一百多千米，轻而易举地超过现代潜艇的航速，海豚游泳快的秘密在哪里?仿生学家解剖了海豚，发现其皮肤的特殊构造是游得快的主要原因。海豚的皮肤外面的表皮薄而富有弹性，里面的真皮像海绵一样有许多突起，突起之间充满了液体。这种皮肤能吸收和消除阻碍前进的水流漩涡，使水流从它表面顺利通过，因而游得快。仿生学家模仿海豚的皮肤，用富有弹性的有机材料制成一种多层的潜艇外壳，潜艇穿上这层人造“皮肤”，航行时阻力可减少一半，航速提高了1倍。
啄木鸟与新型安全帽。
啄木鸟一天可发出约600次的啄木声，每啄一次的速度可达每秒55km，比空气中的音速还快1.6倍，而它的头部摇动的速度更快，约每小时2 080km，比射出的子弹还要快1倍多。此时，它头部所受到的冲击力约为所受重力的1000倍，而一辆时速为56km的汽车撞在一堵墙上，受到的冲击力仅为所受重力的10倍。为什么啄木鸟头部可以受到那么大的力却不会得脑震荡?原来啄木鸟头部的构造与众不同，它的脑壳非常坚硬，周围还有一层海绵状的骨骼，里面吸附着很多液体，能起消震作用，头部两侧还有强有力的肌肉系统，也能起到防震作用。科学家由此得到启示，设计了一种新型安全帽：外壳坚固，里层松软，帽子下部有一个保护领圈，避免因突然而来的旋转运动所造成的脑损伤。经过实验，比一般防护帽效果好得多。
响尾蛇与现代军事的装备：响尾蛇的视力几乎为零，但鼻子上的颊窝器官具有热定位功能，即使爬虫、小兽等在夜间入睡后，凭借它们身体所发出的热能，响尾蛇都能灵感并敏捷地往前不是。科学家根据响尾蛇这一奇特功能，研制出现代夜视仪、空对空响尾蛇导弹，以及仿生红外线探测器.

Answer 4

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，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。

Answer 5

1.从令人讨厌的苍蝇身上，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.船桨模仿的是鸭的蹼。
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。
17.树叶的排列和悉尼大剧院的建设。
18.潜水艇和鱼的沉浮。
19.响尾蛇和空对空响尾蛇导弹。
20.人们根据章鱼发明烟雾弹。
21.根据蛋壳发现拱形的承受力量。
22.飞机飞行时产生的剧烈抖动是根据蜻蜓改善的。
23.变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。
24.防水衣服是仿荷叶造的。
25.鼠标是仿老鼠的。
26.从长颈鹿将血液通过长长的颈从到头部中得到启示，设计出特殊的器械，使宇航员在失重状态下，体内的血液也能正常输送到离心脏较远的下肢。