昆虫介绍,仿生学…昆虫的介绍,详细介绍某种昆虫,还有仿生学应用到生活的例子.

Question

昆虫介绍,仿生学…
昆虫的介绍,详细介绍某种昆虫,还有仿生学应用到生活的例子.

Answer 1

仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上,加上有工程技术涵义的ics而组成的词.大约从1960年才开始使用.生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科.例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等,这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发.可举出的仿生学例子,如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上.仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科,而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较,进行研究和解释的一门学科.
【1】苍蝇,是细菌的传播者,谁都讨厌它.可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”.这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶.苍蝇的眼睛是一种“复眼”,由30O0多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼透镜”.“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片.这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了工效和质量.“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,它的用途很多.
【2】从萤火虫到人工冷光
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.
【3】白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆,还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂.于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹.
【4】 蚂蚁算法
蚂蚁觅食时,在它走过的路上,留下外激素,这些外激素就象留下路标一样,留给后来"蚁"一个路径的标志.后面的蚂蚁,就会沿着有外激素的路径行走（外激素越多引诱蚂蚁的能力就越强）.科学家们对此进行过试验：用人造的外激素在纸上画上一条路径,对蚂蚁进行试验.结果蚂蚁果然都沿画有外激素的路径行走.
B
D
蚁穴 A
C 食物
蚂蚁寻食时,由蚁穴出发,可沿AC,也可沿ABC（见上图）,设各蚂蚁寻到食物后沿原路回穴,并在路上留下外激素,那么因AC路径短,故当它们沿AC返回时,就在AC上留下两次外激素.而沿ABC返回者,因其路径长,仅回到D点,于是AD一段只留过一次外激素（即其上的外激素的浓度比AC上的浓度淡）,故这时从蚁穴出来寻食者就会沿浓度大的路径AC行走……最后大多数的蚂蚁都会沿较短的路程进行寻食. 利用这个原理科学者们就设计了蚂蚁算法(进行求最短程).
上面是个简单的原理,当然要设计出切实可行的算法,还要将模型进一步精确,如要计及外激素的挥发(即激素的浓度将随时间而逐步降低等等).
用蚂蚁算法求最短程
1.一群蚂蚁随机从出发点出发,遇到食物,衔住食物,沿原路返回
2. 蚂蚁在往返途中,在路上留下外激素标志
3. 外激素将随时间逐渐蒸发（一般可用负指数函数来描述,即乘上因子e-at）
4. 由蚁穴出发的蚂蚁,其选择路径的概率与各路径上的外激素浓度成正比
蚂蚁算法还可以应用于很多实际问题,例如用于重建通讯路由,管理公司的电话网,对用户记帐 收费等工作,任务分配问题等
不要停,继续思索
进一步,将每个蚂蚁看成是一个神经元,它们之间的通讯联络,看成是各神经元之间的连接,只不过这时的连接不是固定的,而是随机的.即用一个随机连接的神经网络来描述一个群体.这种神经网络所具有的性质,就是群体的智能
科学家们从蜻蜓翅膀末端的一块比周围略大一些的厚斑点得到了启示,从而解决了飞机机翼因剧烈抖动而破碎的现象.
【5】
蝴蝶
五彩的蝴蝶颜色粲然,如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等,尤其是萤光翼凤蝶,其后翊在阳光下时而金黄,时而翠绿,有时还由紫变蓝.科学家通过对蝴蝶色彩的研究,为军事防御带来了极大的稗益.在二战期间,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.苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况,提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理,在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装.因此,尽管德军费尽心机,但列宁格勒的军事基地仍然无恙,为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础.根据同样的原理,后来人们还生产出了迷彩服,大大减少了战斗中的伤亡.
人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化,有时温差可高达两、三百度,严重影响许多仪器的正常工作.科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发,将人造卫星的控温系统制成了叶片反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式,在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝,随温度变化可调节窗的开合,从而保持了人造卫星内部温度的恒定,解决了航天事业中的一大难题.
【6】甲虫
甲虫自卫时,可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”,以迷惑、刺激和惊吓敌害.科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室,分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶.二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应,瞬间就成为100℃的毒液,并迅速射出.这种原理目前已应用于军事技术中.二战期间,德国纳粹为了战争的需要,据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机,安装在飞航式导弹上,使之飞行速度加快,安全稳定,命中率提高,英国伦敦在受其轰炸时损失惨重.美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器.这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中,炮弹发射后隔膜破裂,两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应,在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人.它们易于生产、储存、运输,安全且不易失效.萤火虫可将化学能直接转变成光能,且转化效率达100%,而普通电灯的发光效率只有6%.人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍,大大节约了能量.另外,根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中.
【7】蜻蜓
蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流,并利用气流产生的涡流来使自己上升.蜻蜓能在很小的推力下翱翔,不但可向前飞行,还能向后和左右两侧飞行,其向前飞行速度可达72公里/小时.此外,蜻蜓的飞行行为简单,仅靠两对翅膀不停地拍打.科学家据此结构基础研制成功了直升飞机.飞机在高速飞行时,常会引起剧烈振动,甚至有时会折断机翼而引起飞机失事.蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙,于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡重锤,解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题.
为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率,一个四叶驱动,用远程水平仪控制的机动机翼（翅膀）模型被研制,并第一次在风洞内测试了各项飞行参数.
第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀,达到每秒18次震动的速度.有特色的是,这个模型采用了可变可调节前后两对机翼之间相差的装置.
研究的中心和长远目标,是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现,以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等.