仿生机械纸
52班李家昌
鱿鱼和鱼雷诱饵鱿鱼体内的胶囊可以分泌黑色液体，当它遇到危险时，就会释放这种黑色液体来诱骗攻击者上当。潜艇设计师模仿鱿鱼的这一功能，读者设计鱼雷诱饵。鱼雷诱醋就像一个袖珍潜艇，可以按照潜艇原来的航向同速航行，还可以模拟噪音、螺旋拍、声音信号、多普勒音调变化。正是这种生动的表演，让人难以分辨敌潜艇或被攻击的鱼雷是真是假，最终使潜艇逃脱。
蜘蛛和装甲生物学家发现，蜘蛛丝的强度是同体积钢丝的5倍。受此启发，英国剑桥的一家科技公司尝试制造类似蜘蛛丝的高强度纤维。用这种纤维制成的复合材料可用作防弹背心、防弹车、坦克和装甲车等结构材料。
长颈鹿和长颈鹿是目前世界上最高的动物。他们的大脑和心脏之间的距离约为3米，血液由高达160~260毫米汞柱的血压送到大脑。一般分析认为，长颈鹿低头喝水时，大脑的位置低于心脏，大量血液会涌入大脑，使血压更加升高，所以长颈鹿喝水时会死于脑充血或血管破裂等疾病。但是长颈鹿身上包裹的厚厚的皮肤紧紧束缚着血管，限制了血压。飞机设计师和航空生物学家根据长颈鹿皮肤的原理设计了一种新颖的“抗荷服”，从而解决了超高速战斗机飞行员突然加速爬升时大脑缺血带来的疼痛。这个“抗荷服”里有一个装置，可以在飞机加速时压缩空气，还可以对血管产生相应的压力，比长颈鹿的厚皮要好。
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应”。当代核潜艇可以在冰海下潜水很长时间，但如果在冰下发射导弹，必须破冰上浮，这是一个力学问题。潜水专家受到鲸鱼每10分钟就要破冰呼吸的启发。在潜艇顶部凸出的指挥台围板和上层建筑方面，他们加强了材料强度，模拟了鲸背，真正做到了破冰时的“鲸背效应”。
蝴蝶和卫星的温度控制系统卫星在太空旅行时，受到太阳光的强烈辐射，卫星温度会高达200摄氏度。在阴影区，卫星的温度会下降到零下200摄氏度左右，容易烘烤或冻结卫星上的精密仪器，这一度让航天科学家伤透了脑筋。后来，人们受到蝴蝶的启发。原来蝴蝶的身体表面长了一层微小的鳞片，这些鳞片有调节体温的作用。每当气温升高，阳光直射时，鳞片自动张开，减少太阳的辐射角度，从而减少对太阳热能的吸收；当外界温度下降时，鳞片自动闭合紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而将体温控制在正常范围内。经过研究，科学家们为人造地球卫星设计了一种类似蝴蝶鳞片的温度控制系统。
苍蝇为人类做出了巨大贡献。烦人的苍蝇看似与宏大的太空事业无关，但仿生学却把它们紧密地联系在了一起。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。仿生科学家受此启发，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。另外，苍蝇的翅膀(也叫平衡杆)是“天然导航仪”，人们模仿它们制作“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞行器上，实现了自动驾驶。
从萤火虫到人工发光
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，许多生物都可以发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类，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。[9]
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以电鱼发电器官为基础，设计出世界上最早的伏特电池。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
在自然界中，水母早在5亿年前就已经生活在海水中。"但是水母和顺风耳有什么关系呢？"人们肯定会问这样的问题。因为，在风暴预警之前，水母会成群结队地游向大海，这预示着风暴即将来临。然而，这和“听到风声”有什么关系呢？原来，蓝色海洋中空气与波浪摩擦产生的次声波(频率为8 ~ 13 Hz)就是风暴预警前的预报。这种次声波人耳是听不到的，但对于水母来说是小菜一碟。科学家经过研究发现，水母的耳朵上有一个细柄，柄上有一个小球，球里有一个小听石。
科学家对水母耳朵的结构和功能进行建模，设计了水母耳朵的风暴预测器，精确模拟了水母感受到次声的器官。
技能训练长颈鹿和宇航员的失重
长颈鹿之所以能通过长长的脖子把血液输送到头部，是因为长颈鹿有高血压。据测量，长颈鹿的血压比人类正常血压高两倍。为什么这么高的血压不会让长颈鹿脑出血而死？这和长颈鹿的身体结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，可以压迫血管，控制血流；同时，长颈鹿腿部和全身的皮肤和筋膜都很紧绷，有利于下肢血液向上回流。受此启发，科学家们设置了一种特殊的仪器来训练宇航员，让宇航员每天使用这种仪器锻炼几个小时，以防止宇航员周围的肌肉退化；飞船发射时，科学家根据长颈鹿可以利用紧绷的皮肤控制血管压力的原理，研制出了一种飞行服——“抗荷服”。抗荷服配有充气装置。随着飞船速度的增加，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，保持航天员的血压正常。同时，航天员腹部下部套有排除空气的密封装置，可以降低航天员腿部的血压，便于血液从身体上部输送到下肢。
蛋壳和薄壳建筑
蛋壳是拱形的，跨度很大，包括很多力学原理。虽然只有2毫米厚，但用锤子很难打碎。建筑师模仿它设计薄壳建筑。这种建筑有很多优点:用料少，跨度大，经久耐用。薄壳建筑并不都是拱形的，举世闻名的悉尼歌剧院就像停泊在港湾里的一组风帆。
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。
昆虫和仿生
昆虫体型小，种类和数量巨大，占现有动物的75%以上，遍布世界各地。他们有自己的生存技能，有些技能还不如人类。人们对自然资源的利用越来越广泛，尤其是仿生学的任何成就都来源于生物体的某些特性。本文简要介绍了昆虫和仿生学。(右边是家蝇的眼睛)
蝴蝶与仿生
蝴蝶与仿生
五颜六色的蝴蝶，比如双月纹的蝴蝶，棕脉的蝴蝶，尤其是荧光翅的蝴蝶，在阳光下有金色的翅膀，绿色的翅膀，蓝色的翅膀。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。二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施瓦辛格根据当时对迷彩的认识不足，提出蝴蝶的颜色在花朵中不易被发现的原理，用蝴蝶般的迷彩覆盖军事设施。因此，尽管德军全力以赴，列宁格勒的军事基地仍未受到干扰，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。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。[10]
由于卫星在太空中的位置不断变化，温度会突然变化，有时温差可高达两三百度，严重影响许多仪器的正常工作。受蝴蝶身上的鳞片会随着阳光的方向自动改变角度来调节体温的启发，科学家们将卫星的温控系统做成叶片前后辐射和散热能力差异很大的百叶窗样式。每个窗口的旋转位置都安装有对温度敏感的金属线，可以随着温度的变化调节窗口的开启和关闭，从而保持卫星内部温度的恒定，解决了航天工业的一大难题。
甲虫和仿生学
在自卫时，踏空甲虫可以喷射带有恶臭的高温液体“炮弹”来迷惑、刺激和恐吓敌人。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。这一原理目前已应用于军事技术。二战期间，德国纳粹根据这一机理制造了一种动力效率极高、性能安全可靠的新型发动机，安装在巡航导弹上，使其飞行速度更快、更安全、更稳定，提高了命中率。英国伦敦被炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷洒原理启发，研发出先进的二元武器。这种武器将两种或两种以上能产生毒素的化学物质装入两个独立的容器中。炮弹发射后，隔膜破裂，两种毒物中间体在弹丸飞行的8-10秒内混合反应，在到达目标杀死敌人的瞬间产生致命的毒液。它们易于生产、储存和运输，安全且不易失效。萤火虫可以直接将化学能转化为光能，转化效率达到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，基于甲虫视动反应机制的空对地速度计已成功应用于航空。
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，而威尔斯则利用气流产生的漩涡将自己托起。蜻蜓可以在很小的推力下翱翔，不仅向前飞，还可以向后和左右飞，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，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。
苍蝇和仿生
昆虫学家发现苍蝇的后翅退化成一对平衡杆。当它飞行时，平衡杆以一定的频率机械振动，可以调整翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。基于这一原理，科学家们开发了新一代导航仪——振动陀螺仪，极大地提高了飞机的飞行性能LlJ，使飞机能够自动停止危险的侧翻飞行，并在机体强烈倾斜时自动恢复平衡，即使是在飞机处于最复杂的急转弯时。苍蝇的复眼包含了4000个可以独立成像的单眼，几乎可以看清360。范围内的物体。受蝇眼的启发，人们制作了由1329个小镜头组成的蝇眼相机，一次可以拍摄1329张高分辨率照片。它广泛应用于军事、医疗、航空和航天领域。苍蝇的嗅觉特别灵敏，能迅速分析几十种气味，并立即做出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，将各种化学反应转化为电脉冲，制成了非常灵敏的小型气体分析仪，广泛应用于航天器、潜艇、矿山等检测气体成分，使科研生产的安全系数更加准确可靠。
蜜蜂和仿生蜂箱由整齐排列的六边形小蜂箱组成，每个小蜂箱的底部由三个相同的菱形组成。这些结构都是现代数学家精确计算出来的——菱形钝角109。28 '，锐角70。‘32’一模一样，是最节省材料的结构，而且容量大，极强，让很多行家都佩服。人们模仿它的结构，用各种材料制成蜂窝夹层结构板，这种结构板强度高，重量轻，不易传导声音和热量。它们是制造航天飞机、宇宙飞船和人造卫星的理想材料。对偏振光方向敏感的偏振镜相邻排列在蜜蜂复眼的每一只单眼内，可以被太阳精确定位。基于这一原理，科学家成功研制出偏振光导航仪，并在导航中得到广泛应用。
其他昆虫和仿生学
跳蚤的跳跃能力很高，航空专家都做到了。
生物学家通过对蜘蛛丝的研究，制成了高级丝线、抗撕裂降落伞和临时吊桥的高强度缆绳。船只和潜水艇是模仿鱼和海豚而来的。
响尾蛇导弹等是科学家模仿蛇的“热眼”功能，以及它们的舌头像摄像装置一样排列着一种天然的红外感应能力的原理研制的现代化武器。
火箭利用水母和乌贼的反冲原理起飞。
研究人员通过研究变色龙的变色能力，为军队研发了很多军用伪装装备。
科学家研究了蛙眼，发明了电子蛙眼。
白蚁不仅使用粘合剂来建造它们的蚁丘，还通过它们头部的小管向敌人喷洒粘合剂。于是人们根据同样的原理制作了一个工作武器——干胶壳。
美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研制出一种微型热传感器。
我国纺织科技人员借鉴仿生学原理和陆生动物的皮毛结构，设计出一种小桶保暖面料，具有抗风、导湿功能。
根据响尾蛇颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了追踪追逐响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳原理设计了蟾蜍夯锤。人类模仿警犬高度灵敏的嗅觉，制造出“电子警犬”用于侦查。科学家根据野猪鼻子独特的探毒能力，制成了世界上第一批防毒面具。
仿生学是人类一直在使用的方法，比如模仿海豚皮构造的“海豚皮泳衣”。科学家在研究鲸鱼皮时，发现上面有凹槽和水槽，于是一位科学家仿照鲸鱼皮的结构，使飞机表面覆盖了一层薄膜，据实验可以节省3%的能源。如果全国各地的飞机都铺上这样的面，每年可以节省几十亿。再比如，有科学家研究蜘蛛，发现蜘蛛的腿上没有肌肉，有脚的动物能走路，主要靠肌肉收缩。为什么蜘蛛走路没有肌肉？经过研究，蜘蛛行走不是靠肌肉收缩，而是靠“液压”结构，于是人们发明了液压行走机器...简而言之，它们是受大自然的启发，通过模仿其结构而发明的。这就是仿生学。这是我们向大自然学习的一个方面。