乌贼和鱼雷诱饵 乌贼体内的囊状物能分泌黑色液体,遇到危险时它便释放出这种黑色液体,诱骗攻击者上当。潜艇设计者们仿效乌贼的这一功能读者设计出了鱼雷诱饵。鱼雷诱醋似袖珍潜艇,可按潜艇的原航向航行,航速不变,也可模拟噪音、螺旋节拍、声信号和多普勒音调变化等。正是它这种惟妙惟肖的表演,令敌潜艇或攻击中的鱼雷真假难辩,最终使潜艇得以逃脱。
蜘蛛和装甲 生物学家发现蜘蛛丝的强度相当于同等体积的钢丝的5倍。受此启发,英国剑桥一所技术公司试制成犹如蜘蛛丝一样的高强度纤维。用这种纤维做成的复合材料可以用来做防弹衣、防弹车、坦克装甲车等结构材料。
长颈鹿和“抗荷服” 长颈鹿是目前世界上最高的动物,其大脑和心脏的距离约3米,完全是靠高达160~260毫米汞柱的血压把血液送到大脑的。按一般分析,当长颈鹿低头饮水时,大脑的位置低于心脏,大量的血液会涌入大脑,使血压更加增高,那么长颈鹿会在饮水时得脑充血或血管破烈等疾病而死。但是裹在长颈鹿身上的一层、厚皮紧紧箍住了血管,限制了血压,飞机设计师和航空生物学家依照长颈鹿皮肤原理,设计出一种新颖的“抗荷服”,从而解决了超高速歼击机驾驶员在突然加速爬升时因脑部缺血而引起的痛苦。这种“抗荷服”内有一装置,当飞机加速时可压缩空气,也能对血管产生相应的压力,这比长颈鹿的厚皮更高明了。
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应” 当代核潜艇能长时间潜航于冰海之下,但若在冰下发射导弹,则必须破冰上浮,这就碰到了力学上的难题。潜舴专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪,在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面,作了加强材料力度和外形仿鲸背处理,果然取得了破冰时的“鲸背效应”。
蝴蝶和卫星控温系统 遨游太空的人造卫星,当受到阳光强烈辐射时,卫星温度会高达200摄氏度;而在阴影区域,卫星温度会下降至零下200摄氏度左右,这很容易烤坏或冻坏卫星上的精密仪器仪表,它一度曾使航天科学家伤透了脑筋。后来,人们从蝴蝶身上受到启迪。原来,蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片,这些鳞片有调节体温的作用。每当气温上升、阳光直射时,鳞片自动张开,以减少阳光的辐射角度,从而减少对阳光热能的吸收;当外界气温下降时,鳞片自动闭合,紧贴体表,让阳光直射鳞片,从而把体温控制在正常范围之内。科学家经过研究,为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统。 猫眼和微光夜视仪 狗和电子警犬 海豚和潜艇 蜜蜂和蜂窝建筑 螳螂和瞄准仪 苍蝇和振动陀螺仪 乌贼和喷水船 猫眼和微光夜视仪变色龙和保护色 袋鼠和跳跳汽车 夜蛾和电子预警机 章鱼和肢体再生术 变色龙和保护色 水母和风暴预测仪 鱼眼和鱼眼相机蜻蜓和复眼相机 骆驼与采矿 蜻蜓和复眼相机 鸽子与电子鸽眼 啄木鸟与安全帽 企鹅与雪地车 鮟鱇鱼与灯光捕鱼乌龟和龟壳建筑 野猪和防毒面具 蜗牛和胃窥镜 青蛙和电子蛙眼 响尾蛇和红外线制导 乌龟和龟壳建筑 鹰眼和电子鹰眼 猫头鹰的启示蝙蝠与雷达 黑熊和人工冬眠 蚂蚁的气味语言 甲虫喷液的启发 蜘蛛的贡献 蝙蝠与雷达 射水鱼眼睛的启示
1。由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。
2。从萤火虫到人工冷光;
3。电鱼与伏特电池;
4。水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义。
5。人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。
电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。
6。根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
7。模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。
8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。
9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
11。船桨模仿的是鱼的鳍。
12。锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。
13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。
16树叶的排列和悉尼大剧院的建设。
17潜水艇和鱼的沉浮。
18响尾蛇和空对空响尾蛇导弹。
分析和回顾十八至二十世纪科学技术发展的历程,我们不难发现,许多重大发明创造都得益于仿生学,尽管早期没有一位学者给它一个确切的定义,但是人类的天性就是善于探索和模仿,没有这一条,恐怕人类的进步就没有那么快了。仿生学与人类社会的进步息息相关,它是一门促进人类进步和发展的学科。在人类社会迈进二十一世纪,科学技术高度发达的今天,要想解决许多诸如完全智能化的机器人、与人体相融合的人造器官、细胞死亡的程式及至生命起源等大难题,首先还是要探索自然界中生物最高的活动形式——生命活动的全过程,重视对生物原型的研究,探讨和学习其中的奥妙。为什么呢?其实我们仔细想一想,我们目前所碰到的问题,对生物界本身而言是很早以前就解决了的。生物界为了解决这些问题,几乎花了十亿年的时间。这些问题的解决已经不是能不能或行不行的问题,解决这些问题的方法早就存在了。剩下的问题是我们如何从生物界本身和大自然中去寻找、学习和模仿,然后再能解出如何解决问题的答案和方法。这就是现代仿生学所面临的艰巨任务。
仿生学(Bionics)这个名词来源于希腊文“Bion”,其含意是生命的单位,并不是大家所想象的那样认为仿生学就是把生物学和电子学两门学科合并起来。事实上,仿生学的研究涉及到其它许多学科。具体地讲,仿生学主要是观察、研究和模拟自然界生物各种各样的特异本领,诸如生物本身特殊的结构、各种器官的功能、体内的物理和化学过程、能量的供给、信息的加工、记忆与传递等等,以便将这些优异的性能移植到科学技术中去,来改善旧的、创造新的各式各样的自动装置和调节系统;提供效率高、可靠性好、动作灵活、结构简单、体积小重量轻、价格低、最接近于生命系统的技术装置。
应该注意的是,模仿生物的卓越功能并巧妙和精确地应用到工程技术上,这还不是仿生学的全部。仿生学还要通过对自然界所发生的现象进行探索,究其因果,思索对策,设法人为预测、预防乃至控制危及人类文明社会的严重灾害。应该说,现代仿生学已不仅仅是电子学、工程机械学与生物学的结合,而和几乎当今所有理工学科都有着密切的关系,已经形成了多学科边缘上的一门没有学科边界的大学科,并形成了一批新型专业,诸如仿生化学、仿生机械学、仿生设计学、机器人学等等。
苍蝇与宇宙飞船
令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。
苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢 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“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。
仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。
这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
从萤火虫到人工冷光
自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。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,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。
在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类理想的光。
科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。
早在40年代,人们根据对萤火虫的研究,创造了日光灯,使人类的照明光源发生了很大变化。近年来,科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素,后来又分离出了荧光酶,接着,又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源,不会产生磁场,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
现在,人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为安全照明用。
电鱼与伏特电池
自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼,统称为“电鱼”。
各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压,有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。
电鱼放电的奥秘究竟在哪里经过对电鱼的解剖研究, 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形,位于尾部脊椎两侧的肌肉中;电鳐的发电器形似扁平的肾脏,排列在身体中线两侧,共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱,但由于电板很多,产生的电压就很大了。
电鱼这种非凡的本领,引起了人们极大的兴趣。19世纪初,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究,还给人们这样的启示:如果能成功地模仿电鱼的发电器官,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水母的顺风耳
“燕子低飞行将雨,蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道,生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海,就预示着风暴即将来临。
水母,又叫海蜇,是一种古老的腔肠动物,早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能,每当风暴来临前,它就游向大海避难去了。
原来,在蓝色的海洋上,由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13次),总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到,小小的水母却很敏感。仿生学家发现,水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄,柄上有个小球,球内有块小小的听石,当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时,听石就剌激球壁上的神经感受器,于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。
仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上,当接受到风暴的次声波时,可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向,就是风暴前进的方向;指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义。
青蛙肌肉和电池的发明
人类自古就知道了自然界中种种电的现象,如雷、闪电、电鱼,加热时会产生电的电石,甚至琥珀摩擦生静电的方法。到十七世纪,德国的葛利克制成了一种旋转硫磺球的摩擦起电机后,才有人对电加以科学的探讨。到十八世纪,荷兰莱登大学的一位教授发明了一种可以蓄积摩擦电的玻璃瓶,于是作为一种游戏而风靡全欧洲。由于这种摩擦电贮存在莱登瓶中,一次放电就马上消失,所以也没有太大的用处。
当时在意大利的波隆那大学解剖学教授贾法尼发现,以金属棒接触剥去皮的青蛙腿部肌肉时,青蛙的肌肉便会收缩。他认为一切动物都带有电,且积蓄在肌肉中,金属棒的接触使动物放电,肌肉会因电的冲击而收缩。这一动物放电的发现,引起全欧洲科学家的莫大反响。同为意大利人的帕维亚大学物理学教授伏特,对此也进行了探讨,却得到另一个结论:肌肉的收缩不是因动物电的放电,而是因接触了金属而产生电所引起的。1800年,伏特根据动物放电的现象设计完成了一种蓄电的新装置。这种装置是把数十片银板和锡板交互重叠,在每对板之间插入浸过盐水的布条作为电堆;然而用金属片和盐水钵分别替代金属板和盐水布,不必事先充电,就可源源不断地取出电来。伏特的这项发明实实在在地让英国科学家们震惊。拿破仑还邀请他到巴黎,亲眼目睹他的实验,赐于他金牌、丰厚的年俸和爵位。电池在日常生活、科学和工业上给人类带来了福音,那些赞美和荣誉就显得微不足道了。
心脏活动电流与心电图发明
十九世纪,瑞士解剖学家凯利克尔和德国生理学家缪勒用鸽子证明了心脏活动电流的存在。德国生理学家维伦斯坦首次用图形表现神经和肌肉之活动电流,继而有许多生理学家用他发明的装置来显示动物的心脏活动电流。这种装置仅仅是作研究用,而且必须通过解剖让心脏在暴露的情况进行测定。那么,是否有办法不要把心脏暴露出来,而就在体表内测定呢?当时恰好法国物理学家利普曼发明了一种毛细管静电计,这就促使了法国生理学家瓦勒采用了新发明的毛细管静电计来测量人心脏活动的电压,并描绘了图形。
这些研究结果引起了荷兰生理学家爱因多汶的注意,并把瓦勒所做的心脏活动电压的图形称作“心电图”,然后他潜心研究,证实了心电图对临床诊断非常有价值。于是他就致力于精确度高的心电图记录计的研制,几年后,他终于研制出一种高精度的石英系的弦电流计,用于心电图测量上,可精确地记录人的心电图。
爱因多汶所发明的心电图记录计最大的缺点是重量超过140公斤,无法带进病房,然而也不可能把患有严重心脏患者带到他的实验室去。既然不能做临床试验,再好的装置也是没有用的。因此,有人建议他不妨把大学附属医院住院患者和他的实验室装置用电线连接起来,这样他就将许多心脏病患者的心电图记录下来,他把这命名为“远隔心电图”。爱因多汶的心电图记录计在心脏病临床诊断中发挥了巨大的作用。迄今为止,心电图还是我们诊断心脏病的通用设备。
还有雷达是源于蝙蝠的生物声纳探测器;现在最先进的防弹衣技术来源于蜘蛛—蜘蛛丝的强度是同样粗细钢丝的十倍以上;迷彩服来源于广大生物界的保护色,飞机的雏形源于鸟类……总之从广博的大自然我们能学到很多有用的东西,它们是生物进化亿万年留下来的活生生的范例。
为了弄清楚为什么青蛙一定要等飞蛾起飞才发动攻击,仿生学家对青蛙进行了特殊的实验研究。原来,蛙眼视网膜的神经细胞分成五类,一类只对颜色起反应,另外四类只对运动目标的某个特征起反应,并能把分解出的特征信号输送到大脑视觉中枢——视顶盖。视顶盖上有四层神经细胞,第一层对运动目标的反差起反应;第二层能把目标的凸边抽取出来;第三层只看见目标的四周边缘;第四层则只管目标暗前缘的明暗变化。这四层特征就好像在四张透明纸上的画图,叠在一起,就是一个完整的图像。因此,在迅速飞动的各种形状的小动物里,青蛙可立即识别出它最喜欢吃的苍蝇和飞蛾,而对其他飞动着的东西和静止不动景物都毫无反应。
弄清了蛙眼的原理和结构,仿生学家就发明了电子蛙眼。
在生物的启示下人类的发明
鲁班根据草叶发明锯子
根据蝙蝠,研究了雷达
根据鱼,研究了潜水艇
根据鸟,研究了飞机
根据荧火虫 研究了荧光灯
依具野猪的鼻子,发明了防毒面具
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1、拉链
拉链是1891年由美国芝加哥机械师贾德森最先发明的。贾德森为了解除每天系鞋带的麻烦,就发明一种可以代替鞋带的拉链。这种拉链是由一排钩子和一排扣眼构成,用一个铁制的滑片由下往上拉,就可使钩子与扣眼一个个依次扣紧。贾德森把样品送到1893年的哥伦比亚博览会上展出,得到好评,并因此取得了专利。
如今,拉链的品种不断增多,其应用不只限于日用品,而且已进入科研、医疗、军事等领域,被某些誉为20世纪科技界的十大发明之一。
2、冰箱
第一台人工制冷压缩机是由哈里森在1851年发明的。哈里森是澳大利亚《基朗广告报》的老板,在一次用乙醚清洗铅字时,他发现乙醚涂在金属上有强烈的冷却作用。乙醚是一种沸点低的液体,它很容易发生蒸发吸热现象。哈里森经过研究研制出了使用乙醚和压力泵的冷冻机,并把它应用在澳大利亚的一家酿酒厂,供酿酒时制冷降温用。
第一台用电动机带动压缩机工作的冰箱是由瑞典工程师布莱顿和孟德斯于1923年发明的。后来一家美国公司买去了他们的专利,于1925年生产出第一批家用冰箱。
4、根据海豚的定位系统发明了声纳~
5、根据鸟巢的结构建造的北京2008奥运会主场管(名字就叫鸟巢)
6、根据变色龙遇到危险变色逃生的启示人们发明了用与不同地理环境的特种军服
资料链接:--发明创造
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