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雷達是從蝙蝠身上學來的,但你知道我們從蒼蠅身上學到了什麼嗎?帶你走近奇妙的仿生科學寫在最後

作者:核彈财經

提起仿生學大家一定不會陌生,它是一門既古老又年輕的學科,我們很多應用的科技都是從動物、昆蟲、植物身上直接學到了作用原理或者得到了啟迪後發明出新的裝置、工具。創造出适用于生産,學習和生活的先進技術,這離不開科學家們的付出和努力,但我們也要對這些動物們道上一聲謝謝。

熟知的仿生學動物中,鳥類和蝙蝠是我們已經很熟知的了,比如飛機的研發就是從鳥類的飛翔得到了啟迪,蝙蝠的超音波回聲定位系統,助力我們發明了雷達。實際上,仿生學中還學習了許多許多的動物,比如我們借助長頸鹿和蒼蠅,又發明了哪些科技産品?本文将一一為大家解鎖答案。

01 蝙蝠與雷達

在夜間,或者人為的将蝙蝠雙眼遮擋住,蝙蝠依然可以自由飛翔,躲避障礙物。

科學家根據蝙蝠回聲定位探路的辦法,發明出來了雷達。雷達的作用很廣,我們常坐的飛機,就離不開雷達的幫助,雷達通過天線發出無線電波,無線電波遇到障礙物就反射回來,顯示在電子儀表上。駕駛員從雷達的電子儀表上,能夠看清楚前方是否有障礙物,以及确定航向,今天才有了“盲飛”這個名詞。

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02 螢火蟲與人工冷光

科學家發明的電燈照亮了我們的夜晚。但電燈隻能将電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線不利于人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類一籌莫展之際又将目光投向了大自然。

在自然界中,螢火蟲發出的光就不産生熱,是以又被稱為“冷光”。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很适合人類的眼睛,光的強度也比較高。是以,生物光是一種人類理想的光。科學家通過研究螢火蟲腹部的發光器,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。 現在,科學家已利用發明出接近生物光的冷光作為安全照明之用,稱之為“人工冷光”。

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03 電魚與伏特電池

除了我們熟知的電鳗,自然界中還有不少魚類都可以放電,人們将這些能放電的魚統稱為“電魚”。

各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鳐、電鲶和電鳗。電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過科學家對電魚的解剖研究, 終于發現在電魚體内有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多小電闆細胞構成的。

電魚這種非凡的本領,引起了科學家極大的興趣。19世紀初,意大利實體學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,是以稱為“人造電器官”。除了電池之外,還有一種想法存在理論可能,但科技不能實作的啟迪:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,所有交通工具的動力問題是否能得到很好的解決。

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04 蒼蠅與氣體分析儀,氣味探測儀、蠅眼透鏡

我們讨厭的蒼蠅被普遍歸類為害蟲,可是蒼蠅的楫翅是天然導航儀。而且,它的眼睛是一種“複眼”,由3000多隻小眼組成,人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。它是一種用途很廣的新型光學元件,用幾百或者數千塊小透鏡整齊排列組合而成的的鏡頭便制成了“蠅眼照相機”,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機被應用于印刷制版和大量複制電子計算機的微小電路,大大提高了效率和品質。

另外,通過蒼蠅對氣味的敏感屬性,又仿制成功一種十分奇特的“小型氣體分析儀”。已經被安裝在太空飛船的座艙裡,用來檢測艙内氣體的成分。是以,我們不能絕對化的把蒼蠅定義為害蟲哦。

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05 大雁與導航儀

候鳥的遷徙長則幾千公裡。但它們總能準确地到達世世代代標明的目的地。這說明候鳥有極好的導航本領。科學家認為它們都有各自特殊的感應器官,它們可以利用對磁場、太陽、重力去感覺分析自然界不同地域環境因素下的變化去辨認方向和鎖定遷徙路線。研究明白鳥類導航的原理之後,科學家研發了各種導航儀器,為航空、航海、汽車發展做出了貢獻。

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06 鳥類與飛機

人類受到鳥類的啟迪,可以說不僅僅發明出了飛機,還改變了飛機的各種性能。飛機僅是統稱,還細分了比如固定翼飛機,直升機,滑翔機。就拿固定翼飛機來說,鳥類是我們的老師,但早期飛機發動機的噪音很大,而貓頭鷹在所有鳥類中可以更接近無聲的飛行,于是我們改造了飛機的性能;天鵝在水面上撩飛的優雅,又促使水上飛機誕生;我們通過研究金翅鳥的飛行特性改善了飛機性能。

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07 蜂鳥與直升機

小小的蜂鳥是鳥中的“直升機”,它們既可以垂直起落,又可以倒着飛。蜂鳥在吮吸花蜜時,它不像蜜蜂那樣停落在花上,而是懸停于空中。這是多麼巧妙的飛行啊。于是,不同于固定翼飛機飛行原理的直升機問世,就是從蜂鳥身上找到的靈感。

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08 鷹眼與鷹眼光學系統

鷹的視力是異常敏銳的。翺翔在兩三千米高空的雄鷹,兩眼掃視着地面,它能夠從許多相對運動着的景物中發現兔子、老鼠,狐狸等動物,并靈活地俯沖而下,一舉捕獲。鷹眼還具有對運動目标敏感、調節迅速等特點,它能準确無誤地識别目标。科學家從鷹眼的啟發中研發出很多現代電子光學技術産品。

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09 蛇與飛彈、夜視儀、紅外探測器、微型熱傳感器、化學武器

蛇有一種能探測周圍環境中溫度變化的本領,用來鎖定捕捉獵物,所有熱追蹤飛彈就是從蛇的身上得到了啟發。

而在所有蛇類中,絕少數的如響尾蛇又具有熱感應系統之外的紅外熱眼頰窩器官,美國科學家利用這一原理,研制出一種空對空飛彈的敏感器件,能夠探測來自目标的紅外輻射,進而緊緊盯住目标不放,直至把目标摧毀。這種飛彈被命名為“響尾蛇飛彈”。同時,科學家根據響尾蛇很多的奇特功能,又研制出現代夜視儀、以及仿生紅外線探測器等很多高科技産品。

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10 企鵝與新型汽車

從企鵝足部結構在雪地和冰面上穩步行走的原理中,科學家設計出了極地機車和極地越野車,利用寬闊的底部貼在雪面上,用輪勺推動前進,這樣不僅解決了極地安全運輸的問題,而且也應用在了泥濘區域的行駛。

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11 長頸鹿與抗荷服

長頸鹿之是以能将血液通過長長的脖子輸送到大腦,正是因為重達10斤大心髒的動力讓長頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什麼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,在訓練戰機飛行員和宇航員對,發明了一種特殊裝置,幫助防止血管周圍肌肉退化;在急速躍升時,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出了“抗荷服”。

抗荷服上安有充氣裝置,随着飛船速度的增高,抗荷服可以充入一定量的氣體,進而對血管産生一定的壓力,使飛行員的血壓保持正常。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。

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12 水母與順風耳

根據水母的順風耳,科學家仿照水母耳朵的結構和功能設計了“風暴預測儀”,能提前10小時對風暴作出預警,對航海和漁業的安全起到了重要意義。

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13 青蛙與電子蛙眼

科學家根據蛙類的視覺原理,研究出來了一種“電子蛙眼”。這種電子蛙眼的确能像蛙眼一樣準确無誤地識别出目标的形狀。把電子蛙眼裝入雷達系統後,雷達抗幹擾能力大大提升。這種雷達系統能快速而準确地識别出特定形狀的飛機、艦船和飛彈等。特别是能夠差別真假飛彈,防止以假亂真。

在現實生活中,電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機有發生碰撞的潛在隐患,能及時發出警報。在交通要道上,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。

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14 蜜蜂與建築,相機,人造衛星,偏振定向儀

蜂巢一直是蜜蜂可以引以為豪的傑作,蜂巢是世界上即省料、面積大且堅固的傑出建築。科學家們正是模仿蜂房的結構,找到了“人造衛星”比較理想的結構。 每個蜂房都是正六邊形,而它們的底既不是平的,也不是圓的,而是尖的,這個底系由3個完全相同的菱形組成。菱形的角度是由兩個均為109.28º的鈍角和兩個均為70.32º的銳角組成。這種正六邊形的蜂房既結實,又節省材料,還具有最大的容積。模仿蜂房結構制造衛星,不但可節省大量材料,減輕重量,容積又大,強度也高,還具有隔音、隔熱的性能。

現代的照相技術也受到蜜蜂的啟發。在蜜蜂頭部有一對奇異的複眼,每隻複眼都由6000多個單眼構成,光進入眼晶體,達到感光細胞,如同照相機的全過程。專家們模仿蜂眼的構造,制成了一種先進的“蜂眼照相機”,一次可拍下上千張照片。

有一種“偏振定向儀”的發明是受到了蜜蜂偏光定向功能的啟發。蜜蜂采蜜來回要飛數萬千米。可是蜜蜂從來不會迷路的原因正是蜜蜂眼睛的感光細胞分子對偏振光特别敏感,有良好的定向功能,能測出天空中不同亮度的各個區域。蜜蜂正是利用衆多的單眼來感受太陽偏振光的。是以,即使烏雲遮日,它們也能根據太陽方位的變化,及時做方向矯正。偏振定向儀就是根據蜜蜂定向功能的原理制成的,目前已用于航空和航海領域。

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15 其它

現代起重機的挂鈎起源于許多動物的爪子、屋頂瓦楞模仿了動物的鱗甲結構、船槳模仿的是魚類的鳍、鋸子模仿了螳螂的臂、蒼耳屬植物擷取靈感發明了尼龍搭扣、迷彩服模仿的是變色龍、壁虎腳趾對制造能反複使用的粘性錄音帶提供了啟發、貝類蛋白質生成的膠體非常牢固,啟發後目前應用在外科手術的縫合到輪船修複上、蜘蛛絲的研究制造出進階絲線,用于抗撕斷裂降落傘與臨時吊橋用的高強度纜索、船和潛艇來自人們對魚類和海豚的模仿......

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除了已知的動物仿生學外,比如很多動物都有預知地震的能力,但科學家發現鴿子又是預知地震最快的鳥類,如何像鴿子一樣可以準确預知地震,目前的科技水準還沒能實作;有的動物間可以無聲的進行溝通,會是通過意識在溝通嗎?以及個體螞蟻的行動會産生集體記憶,這些都等待着我們去繼續探索和破譯。

大自然永遠是人類最好的老師!

或許我寫出的被仿生動物還有遺漏,剩下的歡迎朋友們繼續補充......

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