仿生学2仿生学第二次作业Word下载.docx

1、与其他传统的机器人不同，它没有解决复杂问题的能力。但它的设计也并不那么简单，因为它是一种模仿“蝎子”的机器人。 在设计机器蝎子之前，研究人员花了大量时间来观察蝎子的运动。“我们用高速相机对蝎子的行为进行拍摄，并对记录的数据进行了分析。”Kirchner介绍说。研究小组之所以选择蝎子作为机器人模仿的对象，一方面是因为蝎子能在较复杂的地形上轻易而顺利的行走，另一方面是因为蝎子的反射作用要比那些哺乳动物要简单的多。 机器蝎子几乎完全依靠反射作用来解决行走问题。这就使得它能够迅速对困扰它的任何事物做出反应（比如岩石挡住了“蝎腿”），它的头部有两个超声波传感器。如果碰到高出它身高50%的障碍物，它就会绕

2、开。而且，如果左边的传感器探测到障碍物，它就会自动向右转。 机器蝎子的沙漠旅行将在明年进行。它的任务就是穿过沙漠到达目的地（约40公里）并顺利返回。为了不至于迷失方向，它带有一个指南针和一个地图装置。 关于该机器蝎子的研究计划是由美国国防高级研究工程部发起的。军方之所以对机器蝎子产生浓厚的兴趣，就是希望能够用它来进行军事侦察活动。机器蝎子可以被派往特定的区域，并可通过尾巴上的照相机来传送拍摄的图片。由于机器蝎子能自动寻找目的地，因此它尤其适合混乱的战场（比如城镇）。 2.仿生学应用说明样例 电子蛙眼的应用 生物特性 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

3、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。 仿生元素 蛙眼独特的视觉识别系统 仿生应用 仿生学家根据蛙眼的原理和结构，发明了电子蛙眼。它的前部其实就是一个摄像头，成

4、像之后通过光缆传输到电脑设备显示和保存，它的探测范围呈扇状且能转动类似蛙类的眼睛。现代战争中，敌方可能发射导弹来攻击我方目 标，这时我方可以发射反导弹截击对方的导弹，但敌方为了迷惑我方，又可能发射信号来扰乱我方的视线。在战场上，敌人的飞机、坦克、舰艇发射的真假导弹都处于快速运动之中，要克敌制胜，必须及时把真假导弹区别开来。将电子蛙眼和雷达相配合，就可以像蛙眼一样，敏锐迅速地跟踪飞行中的真目标。 水母的“顺风耳” 生物特性 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

5、浪摩擦而产生的次声波 （频率为每秒813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。 仿生元素 水母听觉系统对声波的处理方式 仿生应用 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

6、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。 “炮弹”甲虫 生物特性 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。 仿生元素 甲虫分泌特殊液体的化学过程 仿生应用 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

7、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810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 会发光的萤火虫 生物特性 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

8、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。 仿生元素 萤火虫发光的化学机制 仿生应用 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

9、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。 长颈鹿对血压的控制 生物特性 长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于 长颈鹿的血压很高。据测定，长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患脑溢血而死亡呢？这与长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向上回流。 仿生元素 长颈鹿身体中肌肉对血管压力的控制 仿生应用 科学家由此受到启示，在训练宇航员对，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器械每天锻炼几小 时，以防止宇航员

10、血管周围肌肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服“抗荷服”。抗荷服上安有充气装置，随着飞船速度的增高，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，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。 3.现代仿生学 动物肺部和植物叶子呼吸 生物特性 动植物各具特色的呼吸系统对能量利用有较高的效率 英国FMC公司最近公布了一项新技术发明专利，该项发明根据动物肺部和植物叶子呼吸的原理设计而成，使汽车燃料电池的功率增长16%，且仍有很大的提高余地，而制造

11、成本却大幅度下降。此项发明使得燃料电池商业化进入市场变成现实。 蜂巢和龟背壳形状 生物特性 蜂巢与龟壳形状具有特殊的物理力学特性 德国米勒公司推出一种新型的洗衣机，其内桶表面结构是根据蜂巢和龟背壳形状所设计，这种洗衣机洗涤的衣服具有非常柔顺的特点。这一发明将对我国目前每年500万台洗衣机的更新量提出挑战。 神奇非光滑表面仿生学 生物特性 研究人员发现，当海豚快速游动时，随着水的阻力增加，海豚的皮肤由光滑逐渐变为相应的非光滑形态，以降低水的阻力。这种现象被称为“自适应性”或“顺应性”。这时皮肤就像一个减振器，防止湍流或紊流产生。皮下乳突的形状和弹性及其可流动的体液导致皮肤表面随着紊流变化，吸收紊流的部分能量，将紊流变成层流。 此外，海豚皮肤分泌的体液随着水压的增高而增多，这种体液具疏水性，能减少体表水层的摩擦力；海豚皮下肌肉也随着水流做波浪式运动，迫使水流沿海豚身体表面“奔跑”，消除了因高速运动而产生的漩涡和紊流。 “这些研究目前还只能说是较基础的，我们还有很多工作要继续深入。运动仿生、轻质结构和材料、功能化表面的仿生研究，会对人类在多角度、宏观微观多层次上师法自然，通过结构和功能进行仿生研究，获得新型智能结构和材料方面有所启迪。”戴振东说。