苍耳与仿生纸

-海洋动物仿生

水母,早在5亿年前就漂浮在海洋中,是一种极其古老的腔肠动物,也是预报风暴最早、最准确的“迎风耳”。由于它的“耳朵”里有一个小听觉石(细柄上的小球),次声(空气与波浪摩擦产生,频率为8 Hz -13 Hz,传播速度比风暴和波浪快)冲击小听觉石“球”壁上的神经感受器,因此水母稳定地听到即将到来的风暴的隆隆声,警惕地离开岸边。

人们模拟水母感受次声波的器官,成功设计出精确的“水母耳朵”仪器。它由一个喇叭、一个接收次声波的振动器、一个将这种振动转换成电脉冲的转换器和一个指示器组成。这个仪器安装在船的前甲板上,喇叭360°旋转。当它接收到8 Hz-13 Hz的次声波时,旋转自动停止,喇叭指示的方向就是风暴的来临方向。指示器也能告诉人们风暴的强度。这台仪器可以提前15小时预报风暴。

马蹄蟹,出现在4亿多年前的地球上,是一种老牌的海洋节肢动物。但是没怎么进化,眼睛却很奇怪——有四只。前面两只小眼睛直径只有0.5毫米左右,都有晶状体和视网膜;视网膜中有50 -80个感光细胞,对近紫外辐射最敏感,但刺激停止后,小眼反应降至零。

两边的复眼对鲎的行为影响最大。被光束照射后,复眼产生脉冲。一只眼睛受光束照射,另一只眼睛产生主脉冲;双眼同时受到光束照射,双眼同时产生脉冲,但光束照射一只眼睛产生脉冲的频率略低。受其启发,人类成功研制了一种电子模拟装置,可以求解由10个元素组成的网络方程。应用这一原理制作的电视摄像机可以在激光下提供高清晰度的电视图像。

鱼可以在不透明的海水中对抗水流,可以准确地发现障碍物,确定正确的方向。这些技能很奇怪。科学研究表明,这些行为是鱼类利用身体上的侧线完成的。它是鱼类的“第六感”系统,由数以千计的微小毛细胞组成,遍布全身。即使在完全黑暗的海水中,侧线也会对鱼身体周围的水流做出反应,从而正确探测水流中的障碍物和动物。

不久前,伊利诺伊州立大学仿生的研究团队开发出了一套可以让机器人拥有“第六感”的人工侧线,类似于鱼类的侧线系统。这种人造侧线由许多排列在表面的微小硅片组成,这些硅片类似于发束,每个硅片都通过一条微链连接到一个电子传感器上。当水流与硅梁接触时,由于水流速度不同,硅梁会发生弯曲,这样传感器就可以检测到硅梁的弯曲角度和方向,从而帮助机器人找到想要去的方向。

仿真昆虫武器漫谈

各种酷似蝴蝶、蜻蜓、蜜蜂、苍蝇、扁虱的侦察机器人武器,形似螃蟹、鱼的侦察和攻击机器人武器,从空中、地面、水上奔赴敌方驻地和战场,让人想起科幻小说和电脑游戏。然而,在不久的将来,这种超小型侦察机器人武器无疑将走向实用。据预测,模拟昆虫武器将在21世纪中期投入实际使用。

目前美军步兵部队在进行侦察和确定炮击目标时,使用的是数米大小的无人飞行器和无人直升机。仿真昆虫武器只有十几厘米大小。它不使用螺旋桨,而是像真正的昆虫一样飞行。一种被称为“微型空中工具”的超小型飞机,长约20厘米,重约90克,飞行时间为20至30分钟。船上的传感器可以传输捕捉到的信息。在敌方总部、秘密基地、军火库、国家元首办公室和内阁会议室等。,在人造卫星和大型侦察机无法进入的地方,模拟昆虫武器凭借其独特的优势,可以不费吹灰之力进行纵深侦察。

据美国《防务新闻》报道,位于新墨西哥州阿尔伯克基的圣地亚哥国家研究所正在开发几厘米到几毫米大小的昆虫机器人,目的是探测敌对国家储存核武器和生物武器的设施和工厂的内部情况。这种机器人体积小,只有一种探测能力。所以需要分布大量的机器人来互补性能。工作人员首先在目标设施附近用砖块、岩石等形状搭建了一个“主机”。昆虫机器人根据事先制定的计划,依靠自身力量接近设施。一旦到达目标,即使是很小的缝隙也可以渗透进去,探测到的数据就可以传输到“宿主”或者传输到路过的卫星上。完成工作任务的机器人回到“主机”,被工作人员接回。

洛克希德·马丁公司正在研制一种全长约20厘米的昆虫机器人。虽然它不同于真正的蝴蝶和鸟类,但它可以收集50米高以上的各种信息。稍加伪装,不仅肉眼看不见,雷达也很难探测到。

类似空刺鱼和水母的攻击机器人武器也已经出现。在鱼形机器人上安装炸药,可以让它们攻击停泊在军港的船只。这种机器鱼身上的炸药量很少,无法击沉舰船,但可以攻击声纳等战舰的重要部位,摧毁其部分部件,足以延缓其参与作战。

为了将模拟昆虫侦察机器人武器投入实际使用,美国的研究机构正在推进各项研究工作。据说如果进展顺利,美国可以在未来5年内将初步的模拟昆虫侦察机器人武器投入使用。然而,将模拟昆虫武器付诸实践仍有许多困难。如何真正像昆虫一样飞行,是研发的难点。发射天线和提供电源是最大的两个难点。天线和传感器越小,性能越小。因此,研究人员希望开发一种与昆虫触角大小相同的天线。与此同时,能够完全提供电力的小型燃料电池也在研究中。麻省理工学院正在研发衬衫纽扣那么大的喷气式发动机,如何消除噪音,如何解决只能使用20分钟左右的燃料问题将成为一大课题。

蝴蝶与仿生

色彩鲜艳的蝴蝶,如双月纹蝴蝶、棕脉帝王蝶等。,尤其是有荧光翅膀的蝴蝶,它们的后翅有时是金色的,有时是绿色的,在阳光下有时会由紫色变成蓝色。科学家通过研究蝴蝶的颜色给军事防御带来了巨大的好处。利用蝴蝶的颜色在花中不易被发现的原因,军事设施被覆盖上蝴蝶般的伪装。根据同样的原理,后来人们生产了迷彩服,大大减少了战斗中的伤亡。

甲虫和仿生学

有一种甲壳,在自卫时,能喷出一种有臭味的高温液体“壳”,用以迷惑、刺激和吓唬敌人。科学家解剖后发现,甲虫体内有三个腔室,分别储存有二元酚溶液、过氧化氢和生物酶。二酚和双氧水流入第三室与生物酶混合发生化学反应,在100℃瞬间变成毒液,迅速喷出。这一原理已被应用于军事技术。

萤火虫可以直接将化学能转化为光能,转化率达到100%,而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫发光原理制作的冷光源,可以提高发光效率十倍以上,大大节约能源。此外,一种基于甲虫表观运动响应机制的空对地速度计已经成功应用于航空。

蜻蜓和仿生

蜻蜓可以通过翅膀的振动产生不同于周围大气的局部不稳定气流,利用气流产生的漩涡使自己上升。蜻蜓可以在很小的推力下翱翔,不仅向前飞,还可以向右和左右飞,其向前的飞行速度可达72km/ h,此外,蜻蜓的飞行行为简单,只有两对翅膀不停地拍打。科学家们基于这种结构基础成功开发了一种直升机。

飞机高速飞行时,往往会引起剧烈震动,有时甚至会折断机翼,造成飞机坠毁。蜻蜓依靠加重的翼痣安全高速飞行,于是人们效仿蜻蜓的做法,在飞机的两个机翼上增加配重,以解决高速飞行带来的震动这一棘手问题。