物理与仿生学

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'物理与仿生学'
物理与仿生学仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。从仿生学的诞生、发展,到现在短短几十年的时间内,它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路,也就是向生物界索取蓝图的道路,它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之,三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前,意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖,研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机,这是世界上第一架人造飞行器。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3000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。 蝙蝠在夜里飞行,还能捕捉飞蛾和蚊子;而且无论怎么飞,从来没见过它跟什么东西相撞,即使一根极细的电线,它也能灵巧地避开。科学家经过反复研究,终于揭开了蝙蝠能在夜里飞行的秘密。它一边飞,一边从嘴里发出超声波。超声波,人的耳朵是听不见的,蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进,遇到障碍物就反射回来,传到蝙蝠的耳朵里,蝙蝠就立刻改变飞行的方向。 科学家模仿蝙蝠探路的办法,设计出了雷达。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。悉尼奥运会游泳比赛中,澳大利亚选手伊恩·索普身穿黑色连体紧身泳装,宛如碧波中前进的鲨鱼,劈波斩浪,一举夺得本届奥运会的3枚金牌。而他身穿的“鲨鱼皮泳衣”也从此名震泳界。这种鲨鱼装仿造了海中霸王鲨鱼的皮肤结构,泳衣上设计了一些粗糙的齿状凸起,能有效地引导水流,并收紧身体,避免皮肤和肌肉的颤动。一件泳衣,在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。几乎大半金牌得主都穿上了这种特殊的泳衣。“囊萤映雪”这则成语的囊萤是晋代车胤家贫,没钱买灯油,而又想晚上读书,便在夏天晚上抓一把萤火虫来当灯读书;映雪是晋代孙康冬天夜里利用雪映出的光亮看书。 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。左图为水滴在水稻叶表面的照片;上图为水稻叶表面的微观结构电镜照片分析了荷叶的表面细微结构,发现其表面有许多乳状突起,这些肉眼看不见的小颗粒,正是“荷花自洁效应”的成因,可以让荷叶不沾染脏东西。于是,科研人员模仿了荷叶的表面结构,研制出人工仿生荷叶。仿生荷叶实际上是一种人造高分子薄膜,该薄膜具有不沾水和不沾油的性质。同时,仿生荷叶还具有类似荷叶的“自我修复”功能,仿生表面最外层在被破坏的状况下仍然保持了不沾水和自清洁的功能。这项研究可用于开发新一代的仿生表面材料和涂料。新型的“仿生荷叶薄膜”可以用于制造防水底片等防水产品。仿生荷叶涂料刷墙将不沾灰尘 。动手动脑学物理1. 你还知道哪些仿生的知识,说给同学听3
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