昆蟲(chóng)與仿生學(xué)

　　昆蟲(chóng)個(gè)體小，種類(lèi)和數量龐大，占現存動(dòng)物的75%以上，遍布全世界。它們有各自的生存絕技，有些技能連人類(lèi)也自嘆不如。人們對自然資源的利用范圍越來(lái)越廣泛，特別是仿生學(xué)方面的任何成就，都來(lái)自生物的某種特性。

　　蝴蝶與仿生

　　五彩的蝴蝶錦色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翅在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍�？茖W(xué)家通過(guò)對蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來(lái)了極大的裨益。在二戰期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設施。蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據當時(shí)人們對偽裝缺乏認識的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現的道理，在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費盡心機，但列寧格勒的軍事基地仍安然無(wú)惹，為贏(yíng)得最后的勝利奠定了堅實(shí)的基礎。根據同樣的原理，后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰斗中的傷亡。

　　人造衛星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時(shí)溫差可高達兩、三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作�？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì )隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調節體溫的啟發(fā)，將人造衛星的控溫系統制成了葉片正反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉動(dòng)位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調節窗的開(kāi)合，從而保持了人造衛星內部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。

　　甲蟲(chóng)與仿生

　　屁步甲炮蟲(chóng)自衛時(shí)，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害�？茖W(xué)家將其解剖后發(fā)現甲蟲(chóng)體內有3個(gè)小室，分別儲有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應用于軍事技術(shù)中。二戰期間，德國納粹為了戰爭的需要，據此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動(dòng)機，安裝在飛航式導彈上，使之飛行速度加快，安全穩定，命中率提高，英國倫敦在受其轟炸時(shí)損失慘重。美國軍事專(zhuān)家受甲蟲(chóng)噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個(gè)隔開(kāi)的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內混合并發(fā)生反應，在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲存、運輸，安全且不易失效。螢火蟲(chóng)可將化學(xué)能直接轉變成光能，且轉化效率達100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。人們模仿螢火蟲(chóng)的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍，大大節約了能量。另外，根據甲蟲(chóng)的視動(dòng)反應機制研制成功的空對地速度計已成功地應用于航空事業(yè)中。

　　蜻蜓與仿生

　　蜻蜒通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)�大氣的局部不穩定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來(lái)使自己上升。蜻蜒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72km/小時(shí)。此外，蜻蜒的飛行行為簡(jiǎn)單，僅靠?jì)蓪Τ岚虿煌５嘏拇��？茖W(xué)家據此結構基礎研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時(shí)，常會(huì )引起劇烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì )折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飛行時(shí)安然無(wú)恙，于是人們仿效蜻蜒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(dòng)這個(gè)令人棘手的問(wèn)題。

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

　　第二個(gè)模型試圖安裝一個(gè)以更快頻率飛行的翅膀，達到每秒18次震動(dòng)的速度。有特色的是，這個(gè)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(cháng)遠目標，是要研究使用“翅膀”驅動(dòng)的飛機表現，以及與傳統的螺旋推動(dòng)器驅動(dòng)的飛機效率的比較等等。

　　蒼蠅與仿生

　　家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被人類(lèi)抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設想到了每一種情況，非常小心，并能快速移動(dòng)。那么，它是怎么做到的呢?

　　昆蟲(chóng)學(xué)家研究發(fā)現，蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當它飛行時(shí)，平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機械振動(dòng)，可以調節翅膀的運動(dòng)方向，是保持蒼蠅身體平衡的導航儀�？茖W(xué)家據此原理研制成一代新型導航儀——振動(dòng)陀螺儀，大大改進(jìn)了飛機的飛行性能，可使飛機自動(dòng)停止危險的滾翻飛行，在機體強烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復平衡，即使是飛機在最復雜的急轉彎時(shí)也萬(wàn)無(wú)一失。蒼蠅的復眼包含4000個(gè)可獨立成像的單眼，能看清幾乎360。范圍內的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由 1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機，在軍事、醫學(xué)、航空、航天上被廣泛應用。蒼蠅的嗅覺(jué)特別靈敏并能對數十種氣味進(jìn)行快速分析且可立即作出反應�？茖W(xué)家根據蒼蠅嗅覺(jué)器官的結構，把各種化學(xué)反應轉變成電脈沖的方式，制成了十分靈敏的小型氣體分析儀，目前已廣泛應用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場(chǎng)所來(lái)檢測氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數更為準確、可靠。

　　蜂類(lèi)與仿生

　　蜂巢由一個(gè)個(gè)排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個(gè)小蜂房的底部由3個(gè)相同的菱形組成，這些結構與近代數學(xué)家精確計算出來(lái)的——菱形鈍角 109°28’，銳角70°32’完全相同，是最節省材料的結構，且容量大、極堅固，令許多專(zhuān)家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。蜜蜂復眼的每個(gè)單眼中相鄰地排列著(zhù)對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽(yáng)準確定位�？茖W(xué)家據此原理研制成功了偏振光導航儀，早已廣泛用于航海事業(yè)中。

　　其它昆蟲(chóng)與仿生

　　跳蚤的跳躍本領(lǐng)十分高強，航空專(zhuān)家對此進(jìn)行了大量研究，英國一飛機制造公司從其垂直起跳的方式受到啟發(fā)，成功制造出了一種幾乎能垂直起落的鷂式飛機�，F代電視技術(shù)根據昆蟲(chóng)單復眼的構造特點(diǎn)，造出了大屏幕彩電，又可將一臺臺小彩電熒光屏組成一個(gè)大畫(huà)面，且可在同一屏幕上任意位置框出某幾個(gè)特定的小畫(huà)面，既可播映相同的畫(huà)面，又可播映不同的畫(huà)面�？茖W(xué)家根據昆蟲(chóng)復眼的結構特點(diǎn)研制成功的多孔徑光學(xué)系統裝置，更易于搜索到目標，已在國外一些重要武器系統中應用。根據某些水生昆蟲(chóng)的組成復眼的單眼之間相互抑制的原理，制成的側抑制電子模型，用于各類(lèi)攝影系統，拍出的照片可增強圖像邊緣反差和突出輪廓，還可用來(lái)提高雷達的顯示靈敏度，也可用于文字和圖片識別系統的預處理工作。美國利用昆蟲(chóng)復眼加工信息及定向導航原理，研制了具有很大實(shí)用價(jià)值的仿昆蟲(chóng)復眼尋的末制導導引頭的工程模型。日本利用昆蟲(chóng)形態(tài)及特性開(kāi)發(fā)研制了六足機器人等工學(xué)機器和建筑物的新構造方式。

　　未來(lái)展望

　　昆蟲(chóng)在億萬(wàn)年的進(jìn)化過(guò)程中，隨著(zhù)環(huán)境的變遷而逐漸進(jìn)化，都在不同程度地發(fā)展著(zhù)各自的生存本領(lǐng)。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，人們對昆蟲(chóng)的各種生命活動(dòng)掌握得越來(lái)越多，越來(lái)越意識到昆蟲(chóng)對人類(lèi)的重要性，再加上信息技術(shù)特別是計算機新一代生物電子技術(shù)在昆蟲(chóng)學(xué)上的應用，模擬昆蟲(chóng)的感應能力而研制的檢測物質(zhì)種類(lèi)和濃度的生物傳感器，參照昆蟲(chóng)神經(jīng)結構開(kāi)發(fā)的能夠模仿大腦活動(dòng)的計算機等等一系列的生物技術(shù)工程，將會(huì )由科學(xué)家的設想變?yōu)楝F實(shí)，并進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域，昆蟲(chóng)將會(huì )為人類(lèi)做出更大的貢獻。