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苍蝇和宇宙飞船

讨厌的苍蝇看似与宏大的航天事业无关,但仿生学却将它们紧密联系在一起。

苍蝇是臭名昭著的“臭东西”,它们随处可见,气味难闻。苍蝇的嗅觉特别灵敏,能闻到几千米外的气味。但是苍蝇没有“鼻子”。它是靠什么来充当嗅觉的?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”只有一个与外界相通的“鼻孔”,里面含有数百个嗅觉神经细胞。如果气味进入鼻孔,这些神经会立即将气味刺激转化为神经电脉冲,并发送到大脑。大脑可以根据不同气味的物质产生的不同神经电脉冲来区分不同气味的物质。因此,苍蝇的触角就像一个灵敏的气体分析仪。

受此启发,仿生科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能,仿制了一种非常奇特的小型气体分析仪。这台仪器的探头不是金属,而是一只活苍蝇。将极细的微电极插入苍蝇的嗅觉神经,引导的神经电信号经电子电路放大后送至分析仪;分析仪一发现有气味物质的信号就能发出警报。这个仪器已经安装在飞船的驾驶舱里,用来检测舱内气体的成分。

这种小型气体分析仪还可以测量潜艇和矿井中的有害气体。这一原理也可用于改进计算机的输入装置和气相色谱分析仪的结构原理。

从萤火虫到人工发光

自从人类发明了电灯,生活变得更加方便和丰富。但是电灯只能将一小部分电能转化为可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,电灯的热射线对人的眼睛是有害的。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,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,而这些动物发出的光不会产生热量,所以也叫“冷光”。

在许多发光的动物中,萤火虫是其中之一。萤火虫大约有65,438+0,500种,它们冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也不一样。萤火虫发出冷光,不仅发光效率高,而且一般比较柔和,适合人眼,光的强度也比较高。因此,生物发光是人类的理想光源。

科学家发现萤火虫的发光装置位于腹部。这种光发射器由三部分组成:发光层、透明层和反射层。发光层有数千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光素酶。在荧光素酶的作用下,荧光素在细胞内水的参与下,与氧化结合发出荧光。萤火虫的发光本质上是化学能转化为光能的过程。

早在20世纪40年代,人们就在对萤火虫的研究基础上创造了荧光灯,极大地改变了人类的照明来源。近年来,科学家首先从萤火虫中分离出纯净的荧光素,然后分离出荧光素酶,再通过化学方法人工合成荧光素。由荧光素、荧光素酶、ATP(三磷酸腺苷)和水组成的生物光源,可以在充满爆炸性气体的矿井中用作闪光灯。由于这种灯没有电源,不会产生磁场,所以在生物光源的照射下,可以用来清除磁性地雷。

现在,人们可以通过混合一些化学物质获得类似生物光的冷光,用于安全照明。

电鱼和伏特电池

自然界很多生物都可以发电,光是鱼类就有500多种。人们把这些能放电的鱼称为“电鱼”。

各种电鱼都有不同的放电技巧。电鳐、电鲶和电鳗的放电能力最强。中型鱼雷能产生70伏左右的电压,而非洲鱼雷能产生高达220伏的电压;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压。有一种南美电鳗能产生高达880伏的电压,被称为电击冠军。据说它能杀死像马这样的大动物。

电鱼放电的奥秘在哪里?经过对电鱼的解剖研究,终于发现电鱼体内有一个奇怪的发电器官。这些发电机由许多半透明的盘状电池组成,称为电板或电盘。由于电鱼的种类不同,发生器的电板形状、位置、数量也不同。电鳗的发生器呈棱形,位于尾棘两侧的肌肉中;鱼雷的发生器形状像一个扁肾,排列在身体中线两侧,有200万个电板。电鲶的发生器起源于某种腺体,位于皮肤和肌肉之间,大约有500万个电板。单个极板产生的电压很弱,但是因为极板多,产生的电压就很大。

电鱼的非凡技能引起了人们极大的兴趣。19世纪初,意大利物理学家伏特设计了世界上最早的基于电鱼发电器官的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电机设计的,所以被称为“人造电官”电鱼的研究也给了人们这样的启示:如果能成功模仿电鱼的发电器官,那么就能很好地解决舰船和潜艇的动力问题。

水母迎风的耳朵

"燕子低飞到雨前,蝉儿歌唱,天空在雨中放晴."生物的行为与天气的变化有关。沿岸的渔民都知道,生活在沿岸的鱼和水母分批游向大海,预示着暴风雨即将来临。

水母又称水母,是一种古老的腔肠动物,早在5亿年前就漂浮在海洋中。这种低等动物有预知风暴的本能,每次风暴预警前都会游到海里避难。

原来,在蓝色的海洋中,空气与波浪摩擦产生的次声波(频率为每秒8-13次)永远是风暴预警的前奏。这种次声波人耳是听不到的,但是小水母非常敏感。仿生学发现水母的耳朵腔内有一个细柄,柄上有一个小球,球内有一个小听觉石。当暴风雨前的次声撞击到水母耳朵里的听觉石时,听觉石刺激球壁上的神经感受器,于是水母听到了即将到来的暴风雨的隆隆声。

仿生学模仿水母耳朵的结构和功能,为水母耳朵设计了风暴预测器,准确模拟了水母感受次声的器官。这种仪器安装在船的前甲板上,当它接收到风暴的次声波时,可以使旋转360°的喇叭自动停止旋转,它所指的方向就是风暴的方向。指示器上的读数可以显示风暴的强度。这种预报员可以提前15小时预报风暴,对航行和渔业安全具有重要意义。

-结构构件

对于截面积相同的构件,将材料放在离中性轴尽可能远的地方,是一种有效的截面形状。有趣的是,这个结论也反映在自然界许多动植物的组织中。例如,许多能够抵御强风的植物的茎是中空截面的管状结构。支撑人承重和运动的骨骼,其横截面周围有致密的骨质,而柔软的骨髓则充满了空腔。建筑结构中常用的空心楼板、箱梁、工字钢板梁、折板结构、空间薄壁结构都是基于这个结论。

斑马

斑马生活在非洲大陆,外表和普通的马没什么区别。它们身上的条纹是为了适应生活环境而衍生出来的保护色。在所有的斑马中,斑马是最大最漂亮的。它的肩高是140-160 cm,耳朵又圆又大,条纹又细又多。斑马经常远离草原上的角马、角马、瞪羚、鸵鸟,以抵御天敌。斑马条纹在军事上的应用是仿生学的成功范例。。

参考资料:

. Yahoo . com/question/1407052804586 . html