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昆蟲仿生學(xué)論文

日期: 2013-1-13 23:49:29　瀏覽: 0　來源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理　作者: 朱佳俊

仿生學(xué)是1960年正式誕生的一門綜合的邊緣科學(xué)。它研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)能量轉(zhuǎn)換和信息過程，并將所獲得的知識(shí)用來改善現(xiàn)在的或創(chuàng)造暫新的機(jī)械、儀器、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過程。人們對自然資源的利用范圍越來越廣泛，特別是仿生學(xué)方面的任何成就，都來自生物的某種特征，從中得到的啟發(fā)，然后反復(fù)的研究模仿，最后創(chuàng)造出種種方便。
 仿生資源是一個(gè)取之不盡的知識(shí)寶庫，在民間、軍事方面具有廣闊前景。針對仿生學(xué)迅速發(fā)展態(tài)勢的國家目標(biāo)的重大需求。中科院動(dòng)物研究所成立了動(dòng)物仿生學(xué)研究小組，重點(diǎn)開展以昆蟲的獨(dú)特器官功能為目標(biāo)的仿生學(xué)研究項(xiàng)目。
 昆蟲仿生學(xué)，昆蟲仿生學(xué)是研究如何模仿昆蟲的結(jié)構(gòu)和功能，來制造設(shè)備或物件以造福人類的一門科學(xué)。
 昆蟲是地球生物總的一個(gè)獨(dú)特群體，它們個(gè)體較小，數(shù)量龐大，占現(xiàn)存動(dòng)物的75%以上。在長期的進(jìn)化過程中，昆蟲發(fā)展出與其生存環(huán)境相適應(yīng)的具有特殊構(gòu)造和功能的器官系統(tǒng)，它們有各自的生存技巧，有些技巧連人類都自嘆不如。如：昆蟲的高度發(fā)到的極其靈敏的嗅覺感受系統(tǒng)受其啟發(fā)，通過對其具有獨(dú)特功能器官系統(tǒng)的構(gòu)造的研究和模仿，有能使我們找到解決人類社會(huì)實(shí)際問題的有效方案。訪昆蟲獨(dú)特的嗅覺感系統(tǒng)，研制高靈敏生物傳感器是生物科學(xué)家仿生研究的重要目標(biāo)。
 蝴蝶，有人把它稱作“昆蟲界的西施”，它利用翅膀花紋的色彩斑斕作為一種偽裝。如重月紋鳳蝶、其后翅在陽光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)。這些五顏六色，不規(guī)則排列的花紋，圓點(diǎn)和線條把蝴蝶翅膀的表面分成許多很小的部分。這樣當(dāng)背景是一片鮮花盛開，五彩繽紛的草地時(shí)，蝴蝶就很難被它的天敵—食蝶的動(dòng)物發(fā)現(xiàn)�？茖W(xué)家通過了對蝴蝶的研究，為軍事、航天、生活等帶來了極大的裨益。
 在二戰(zhàn)期間，德國軍隊(duì)包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施，畢生研究蝴蝶花紋的昆蟲學(xué)家施王維奇參照蝴蝶翅膀上花紋的色彩和構(gòu)圖，將保護(hù)迷彩，變形迷彩和偽造迷彩加以綜合運(yùn)用，對蘇軍機(jī)動(dòng)軍事目標(biāo)涂上同地域相似的多色巨大斑點(diǎn)，改變其外形：對固定軍事重地進(jìn)行遮障布疑，并在遍障上涂染與背景相似的保護(hù)色和多色素描圖像，造成同環(huán)境一致的景象，使軍事目標(biāo)的可視辯程度降低到最低點(diǎn)。因此，盡管德軍費(fèi)盡心機(jī)，但列寧格勒的基石地仍安然無恙，為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。施萬維奇的碟翅防空迷彩。
 偽裝出色設(shè)計(jì)，蒙騙了德飛機(jī)的轟炸，成為流傳后世的佳話，他死后，人民把他的墓碑上雕刻了蝴蝶翅膀上的花紋圖案，以示紀(jì)念，根據(jù)同樣的道理，后來人們還生產(chǎn)了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷害。
 蝴蝶的體表覆蓋著一層細(xì)小的鱗片，每當(dāng)氣溫上升時(shí)自動(dòng)張開，減少太陽光的輻射角度和減少對陽光的熱能吸收，氣溫下降時(shí)，鱗片自動(dòng)閉合，緊貼蝴蝶體表，陽光是射到鱗片上，蝴蝶便能吸收更多的熱量，這樣即使氣溫變化較大，它所處的位置有時(shí)收到陽光直射，有時(shí)處于地球陰影區(qū)域而無陽光，當(dāng)受到陽光的輻射，衛(wèi)星溫度可降到零下一二度。為使衛(wèi)星內(nèi)的各種儀器，儀表不致燒毀或凍傷，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了一種控溫系統(tǒng)，有如蝴蝶調(diào)節(jié)體溫結(jié)構(gòu)一樣�？販叵到y(tǒng)外形似百葉窗，每扇葉的兩面，輻射期散熱能力不同，一面很大，一面極小，百葉窗的轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有靈敏度很高熱脹冷縮的金屬絲控制。衛(wèi)星溫度上升時(shí)，金屬絲膨脹，葉片便會(huì)張開。
 輻射散熱能力打的一面轉(zhuǎn)向太陽，便于散熱降溫：溫度下降時(shí)，金屬絲冷縮，葉片便會(huì)閉合，輻射計(jì)散熱能力小的那一面便會(huì)轉(zhuǎn)向太空，抑制散熱，起到保溫作用。
 04年，北京航空航天大學(xué)的學(xué)生利用仿生學(xué)原理制作的仿生蝴蝶翼飛機(jī)有良好的操作穩(wěn)定性和極強(qiáng)的觀賞性，具有很好的市場潛力。仿生學(xué)在生活中也是時(shí)常遇到。
 英國艾克賽特大學(xué)薄膜光子實(shí)驗(yàn)室里的物理學(xué)家烏維西克和另外兩名同事，由于一次偶然的機(jī)遇，在幾年前開始研究一種名叫大鳳蝶的蝴蝶翅膀，這個(gè)蝴蝶的翅膀顏色本來是有黃有藍(lán)，但是在人眼里就成為閃閃發(fā)光的綠色。他們在顯微鏡觀察大鳳蝶的翅膀發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀上竟然不滿了下凹的小坑，這些小坑太小，尺度只有大約萬分之四厘米，小坑底是黃色，而坑的斜坡是藍(lán)色的。烏維西克用如下方式來解釋為什么人看來大鳳蝶的翅膀是綠色的：當(dāng)光線照射到坑底時(shí)，他被反射而呈黃色，而照射到小坑一個(gè)斜坡的光線也被反射，但此反射光線又入射到另一斜坡再反射，此時(shí)，由于小坑太小，人眼無法將從坑底反射的黃色光與周圍兩次反射的藍(lán)色光區(qū)分開來，從而感覺它是綠色。另外，他改變了光的極化方向，但是蜜蜂等昆蟲卻能。
 根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，他們目前正在研究的結(jié)構(gòu)，在紙幣或信用卡上應(yīng)用。受到在中美洲和南美洲雨林發(fā)現(xiàn)的藍(lán)色大閃蝶的啟發(fā)，歐洲科學(xué)家們經(jīng)過數(shù)年研究，即將正式推出仿生光子化妝品。它能讓光線在我們的嘴唇和睫毛上大變戲法，就像光線讓蝴蝶翅膀和孔雀羽毛流光異彩一樣！
 英國人發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀由數(shù)層僅有3至四微米厚的鱗片組成，這些鱗片就想微小的屋瓦一樣交替，每個(gè)鱗片的構(gòu)造也很復(fù)雜。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體，，光子晶體能捕捉光線，僅讓某種波長的光線透過。
 此研究成果很快引起了法國化妝品業(yè)巨頭歐萊雅的興趣，歐萊雅研究人員由此開發(fā)出人工合成光子晶體并將之運(yùn)用于化妝品的技術(shù)，研制出光子唇彩光子睫毛膏，光子眼影和光子指甲油等等其樣品在陽光下熠熠生輝，效果驚人。
 昆蟲中還有大量奇特的美妙的東西，需要人去學(xué)習(xí)。比如，藍(lán)蝴蝶翅膀的反光卻是廣角的，可以在很大范圍內(nèi)看到。這種奇妙性能源于那些羽狀物的分支并非完全位于同一平面內(nèi)，而各具略為不同的傾斜角，使反光的視角大為增加。藍(lán)蝴蝶的翅膀還具有顏色選擇性。其羽狀物的尺度恰好能增加藍(lán)光的反射，而且其分支越多，反光就越強(qiáng)。
 目前人們正在研究藍(lán)蝶的反光機(jī)理，想仿造應(yīng)有。比如改善公路上的路標(biāo)，改善電腦的液晶顯示器。軍事們感興趣的是仿藍(lán)蝶翅膀的反光結(jié)構(gòu)，將用于可隨環(huán)境變換色彩的新型迷彩偽裝；服裝公司則設(shè)想仿藍(lán)蝶翅膀做出的具有特殊光性能的衣料，將使時(shí)裝展示臺(tái)上更加異彩繽紛。
 仿生學(xué)不光光只訪蝴蝶，其他存在的昆蟲也是有的很大的價(jià)值。蜻蜓通過翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同與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。蜻蜓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(dá)72km/h。此外，蜻蜓的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停的拍打，科學(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)成功研制了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起劇烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時(shí)安然無恙，于是人們仿效蜻蜓在飛機(jī)的兩翼加上了平衡中錘，解決了因高速飛行而引起震動(dòng)這個(gè)令人棘手的問題。
 昆蟲在億萬年的進(jìn)化過程中，隨著環(huán)境的變遷而逐漸進(jìn)化，都在不同的程度的發(fā)展著各自的生存本領(lǐng)。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對昆蟲的各種生命活動(dòng)掌握的越來越多。越來越意識(shí)到昆蟲對人類的重要性。我深信我們?nèi)祟愡@樣一如既往的研究昆蟲、學(xué)習(xí)昆蟲，我們的生活會(huì)越來越精彩，越來越美妙！
參考文獻(xiàn)：
1、崔蓉蓉、唐虹、盧陽，2003年3月， 服裝設(shè)計(jì)與仿生學(xué)，南通工學(xué)院 紡織服務(wù)系
2、彭子模，再談仿生學(xué)的應(yīng)用前景，《新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》 2001年01期

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