昆蟲與仿生學

　　昆蟲個體小，種類和數(shù)量龐大，占現(xiàn)存動物的75%以上，遍布全世界。它們有各自的生存絕技，有些技能連人類也自嘆不如。人們對自然資源的利用范圍越來越廣泛，特別是仿生學方面的任何成就，都來自生物的某種特性。

　　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，其后翅在陽光下時而金黃，時而翠綠，有時還由紫變藍�？茖W家通過對蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來了極大的裨益。在二戰(zhàn)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(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲學家施萬維奇根據(jù)當時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(xiàn)的道理，在軍事設(shè)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惹，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。

　　人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時溫差可高達兩、三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作�？茖W家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)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(zhuǎn)動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。

　　甲蟲與仿生

　　屁步甲炮蟲自衛(wèi)時，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家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲體內(nèi)有3個小室，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)生化學反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中。二戰(zhàn)期間，德國納粹為了戰(zhàn)爭的需要，據(jù)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)動機，安裝在飛航式導彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學物質(zhì)分裝在兩個隔開的容器中，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(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，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。螢火蟲可將化學能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)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(jié)約了能量。另外，根據(jù)甲蟲的視動反應(yīng)機制研制成功的空對地速度計已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中。

　　蜻蜓與仿生

　　蜻蜒通過翅膀振動可產(chǎn)生不同于周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。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(cè)飛行，其向前飛行速度可達72km/小時。此外，蜻蜒的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打�？茖W家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時，常會引起劇烈振動，甚至有時會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安然無恙，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這個令人棘手的問題。

　　為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動力學以及其飛行的效率，一個四葉驅(qū)動，用遠程水平儀控制的機動機翼(翅膀)模型被研制，并第一次在風洞內(nèi)測試了各項飛行參數(shù)。

　　第二個模型試圖安裝一個以更快頻率飛行的翅膀，達到每秒18次震動的速度。有特色的是，這個模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對機翼之間相差的裝置。

　　研究的中心和長遠目標，是要研究使用“翅膀”驅(qū)動的飛機表現(xiàn)，以及與傳統(tǒng)的螺旋推動器驅(qū)動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抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設(shè)想到了每一種情況，非常小心，并能快速移動。那么，它是怎么做到的呢?

　　昆蟲學家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當它飛行時，平衡棒以一定的頻率進行機械振動，可以調(diào)節(jié)翅膀的運動方向，是保持蒼蠅身體平衡的導航儀。科學家據(jù)此原理研制成一代新型導航儀——振動陀螺儀，大大改進了飛機的飛行性能，可使飛機自動停止危險的滾翻飛行，在機體強烈傾斜時還能自動恢復平衡，即使是飛機在最復雜的急轉(zhuǎn)彎時也萬無一失。蒼蠅的復眼包含4000個可獨立成像的單眼，能看清幾乎360。范圍內(nèi)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(yī)學、航空、航天上被廣泛應(yīng)用。蒼蠅的嗅覺特別靈敏并能對數(shù)十種氣味進行快速分析且可立即作出反應(yīng)�？茖W家根據(jù)蒼蠅嗅覺器官的結(jié)構(gòu)，把各種化學反應(yīng)轉(zhuǎn)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(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場所來檢測氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準確、可靠。

　　蜂類與仿生

　　蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學家精確計算出來的——菱形鈍角 109°28’，銳角70°32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)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(wèi)星等的理想材料。蜜蜂復眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽準確定位。科學家據(jù)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。

　　其它昆蟲與仿生

　　跳蚤的跳躍本領(lǐng)十分高強，航空專家對此進行了大量研究，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(xiàn)代電視技術(shù)根據(jù)昆蟲單復眼的構(gòu)造特點，造出了大屏幕彩電，又可將一臺臺小彩電熒光屏組成一個大畫面，且可在同一屏幕上任意位置框出某幾個特定的小畫面，既可播映相同的畫面，又可播映不同的畫面�？茖W家根據(jù)昆蟲復眼的結(jié)構(gòu)特點研制成功的多孔徑光學系統(tǒng)裝置，更易于搜索到目標，已在國外一些重要武器系統(tǒng)中應(yīng)用。根據(jù)某些水生昆蟲的組成復眼的單眼之間相互抑制的原理，制成的側(cè)抑制電子模型，用于各類攝影系統(tǒng)，拍出的照片可增強圖像邊緣反差和突出輪廓，還可用來提高雷達的顯示靈敏度，也可用于文字和圖片識別系統(tǒng)的預處理工作。美國利用昆蟲復眼加工信息及定向?qū)Ш皆�理，研制了具有很大實用價值的仿昆蟲復眼尋的末制導導引頭的工程模型。日本利用昆蟲形態(tài)及特性開發(fā)研制了六足機器人等工學機器和建筑物的新構(gòu)造方式。

　　未來展望

　　昆蟲在億萬年的進化過程中，隨著環(huán)境的變遷而逐漸進化，都在不同程度地發(fā)展著各自的生存本領(lǐng)。隨著社會的發(fā)展，人們對昆蟲的各種生命活動掌握得越來越多，越來越意識到昆蟲對人類的重要性，再加上信息技術(shù)特別是計算機新一代生物電子技術(shù)在昆蟲學上的應(yīng)用，模擬昆蟲的感應(yīng)能力而研制的檢測物質(zhì)種類和濃度的生物傳感器，參照昆蟲神經(jīng)結(jié)構(gòu)開發(fā)的能夠模仿大腦活動的計算機等等一系列的生物技術(shù)工程，將會由科學家的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，并進入各個領(lǐng)域，昆蟲將會為人類做出更大的貢獻。