仿生机器鱼设计与编程/青少年科普系列丛书

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仿生学在很多领域有着广泛的应用，比如*事、 工业、考古、勘探、娱乐和服务等方面。下面列举几 个经典的仿生学实例。 (1)蝙蝠与雷达 在漆黑的夜里，啥也看不见，那么飞行员是通过 什么来实现飞机安全飞行的呢？其实飞行员不是通过 眼睛来判断前方是否有障碍物的，而是通过雷达来判 断：雷达通过发出无线电波和接收反射波来判断几千 千米之外的障碍物。雷达其实是通过模仿蝙蝠捕食的 原理制造出来的，如图1-1所示。为了保证飞机能够 在夜里安全飞行，科学家将目光投向了蝙蝠；因为蝙 蝠不在光线好的白天捕食，却在漆黑的夜里捕食。为 了弄清蝙蝠的这个捕食原理，科学家做了一个实验， 在一间屋子里横七竖八地拉了很多绳子，绳子上栓有 铃铛。他们将蝙蝠的眼睛蒙上，让蝙蝠在屋子里飞， 结果蝙蝠飞了几个小时，却没有碰到一根绳子。后来 科学家又做了一次实验，他们将蝙蝠的嘴巴和耳朵分 别堵上，蝙蝠像无头的苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子 上的铃铛响个不停。通过这个实验，科学家发现蝙蝠 在夜里捕食，不是通过眼睛来辨别的，而是通过嘴和 耳朵配合实现的。科学家通过反复研究发现，蝙蝠在 飞行的时候嘴里发出一种叫超声波的声音，这种超声 波遇到障碍物就会反射回来，传到蝙蝠的耳朵里面， 它就知道了前方障碍物的存在。这就是蝙蝠能够在漆 黑夜里捕食的原因及原理。科学家根据这个原理，发 明了雷达。雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇 到障碍物就反射回来，显示在荧光屏上。飞行员通过 雷达的荧光屏，就能够看清楚前方有没有障碍物，所 以飞机在夜里飞行也十分安全。 (2)电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能够产生电，其中仅鱼类 就有500多种，人们将这些能够放电的鱼类统称为“ 电鱼”。相关资料显示，非洲电鳐能产生高达500V的 电压，南美洲有一种电鳗能产生高达880V的电压。科 学家通过对电鱼的解剖研究，发现在电鱼体内有一种 奇特的发电器官。这些发电器官是由许多半透明的盘 状细胞构成的，人们将这些盘状细胞称为电板。不同 种类的电鱼，电板数量都不一样。例如，电鳐的发电 器官中有200万块电板，电鲶的发电器官有大约500万 块电板。单个电板产生的电压很微弱，但这么多的电 板串联起来产生的电压就不容小觑。科学家通过这些 电鱼的解剖研究发现，不同种类的电鱼，发电器官的 形状、位置、电板数量都不一样，但是它们的发电原 理都大致类似。19世纪，意大利物理学家伏特，根据 电鱼的发电原理，设计出世界上*早的伏特电池。 (3)蜻蜓与平衡重锤 飞机在高速飞行时，常常会引起剧烈的振动，甚 至有时候会折断机翼而引起飞机失事。科学家在研究 蜻蜒飞行时，发现蜻蜓翅膀上较重的褐色厚片对蜻蜓 的平稳飞行至关重要，如图1-2所示。如果去掉蜻蜓 翅膀上的褐色厚片，那蜻蜓飞起来的时候会荡来荡去 ，不能够保持平稳飞行。也就是说，蜻蜓的平稳飞行 是依靠褐色加重的翅膀来保证的。于是科学家仿效蜻 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。 (4)萤火虫与人工冷光 19世纪，爱迪生发明了白炽灯，将人类带入了电 光时代，对人类的生活产生了巨大的影响。白炽灯发 光原理很简单，灯丝通电后发热，灯丝发热到白炽状 态，利用热辐射发出可见光。可是白炽灯却有致命的 弱点：在它消耗的能量中，90％用于发热而不是发光 。也就是说，白炽灯只将电能很少的一部分转变成了 可见光，其余大部分都通过热能的形式浪费掉了。在 能源危机和环境污染严重的**，有没有一种电灯能 够只发光、不发热？为了找到这种“冷光灯”，科学 家将目光投向了自然界中那些会发光的生物上，如萤 火虫。萤火虫会发光，而且不产生热。萤火虫发出的 冷光不仅具有很高的发光效率，而且这种冷光很柔和 ，很适合人类的眼睛，对人类来说是一种理想的光。 P6-9