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自然界形形色色的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機器？這里要介紹的一門新興科學(xué)——仿生學(xué)。
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。美國英思科MX6可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”美國英思科MX6。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多&midDOt;達(dá)·芬奇和他的助手對鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計和制造了一架撲翼機，voc這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類仿生的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。
仿生學(xué)舉15個例子：
1。由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。
2。從螢火蟲到人工冷光；
3。電魚與伏特電池；
4。水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。
5。人們根據(jù)蛙眼的視覺原理，已研制成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣，準(zhǔn)確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達(dá)系統(tǒng)后，雷達(dá)抗干擾能力大大提高。這種雷達(dá)系統(tǒng)能快速而準(zhǔn)確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導(dǎo)彈等。特別是能夠區(qū)別真假導(dǎo)彈，防止以假亂真。
電子蛙眼還廣泛應(yīng)用在機場及交通要道上。在機場，它能監(jiān)視飛機的起飛與降落，若發(fā)現(xiàn)飛機將要發(fā)生碰撞，能及時發(fā)出警報。在交通要道，它能指揮車輛的行駛，防止車輛碰撞事故的發(fā)生。
6。根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內(nèi)裝一個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。
7。模擬藍(lán)藻的不完全光合器，將設(shè)計出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。
8。根據(jù)對人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究，已仿制了人力增強器——步行機。
9。現(xiàn)代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。
10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
11。船槳模仿的是魚的鰭。
12。鋸子學(xué)的是螳螂臂，或鋸齒草。
13。蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍搭扣。
14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。
15。壁虎腳趾對制造能反復(fù)使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16。貝用它的蛋白質(zhì)生成的膠體非常牢固，這樣一種膠體可應(yīng)用在從外科手術(shù)的縫合到補船等一切事情上美國英思科MX6。
【發(fā)人深省的對比】
人類仿生的行為雖然早有雛型，但是在20世紀(jì)40年代以前，人們并沒有自覺地把生物作為設(shè)計思想和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。科學(xué)家對于生物學(xué)的研究也只停留在描述生物體精巧的結(jié)構(gòu)和完美的功能上。而工程技術(shù)人員更多的依賴于他們卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，進(jìn)行著人工發(fā)明。他們很少有意識的向生物界學(xué)習(xí)。但是，以下幾個事實可以說明：人們在技術(shù)上遇到的某些難題，生物界早在千百萬年前就曾出現(xiàn)，而且在進(jìn)化過程中就已解決了，然而人類卻沒有從生物界得到應(yīng)有的啟示。
首先是對生物原型的研究。根據(jù)生產(chǎn)實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，得到一個生物模型；第二階段是將生物模型提供的資料進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并使其內(nèi)在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學(xué)的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數(shù)學(xué)模型；最后數(shù)學(xué)模型制造出可在工程技術(shù)上進(jìn)行實驗的實物模型。當(dāng)然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實踐——認(rèn)識——再實踐的多次重復(fù)，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結(jié)果，使最終建成的機器設(shè)備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復(fù)雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。
仿生學(xué)的基本研究方法使它在生物學(xué)的研究中表現(xiàn)出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學(xué)的整體來看，它把生物看成是一個能與內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系和控制的復(fù)雜系統(tǒng)。它的任務(wù)就是研究復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的相互關(guān)系以及整個系統(tǒng)的行為和狀態(tài)。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復(fù)制，它們與外界的聯(lián)系是密不可分的。生物從環(huán)境中獲得物質(zhì)和能量，才能進(jìn)行生長和繁殖；生物從環(huán)境中接受信息，不斷地調(diào)整和綜合，才能適應(yīng)和進(jìn)化。長期的進(jìn)化過程使生物獲得結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，局部與整體的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。仿生學(xué)要研究生物體與外界刺激（輸入信息）之間的定量關(guān)系，即著重于數(shù)量關(guān)系的統(tǒng)一性，才能進(jìn)行模擬。為達(dá)到此目的，采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學(xué)的研究方法必須著重于整體。
仿生學(xué)的研究內(nèi)容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和功能供各行業(yè)來研究。自從仿生學(xué)問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學(xué)的研究得到迅速的發(fā)展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生等。隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科分支繁多，在仿生學(xué)中相應(yīng)地開展對口的技術(shù)仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學(xué)的研究；航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導(dǎo)航；工程建筑對生物力學(xué)的模擬；無線電技術(shù)部門對于人神經(jīng)細(xì)胞、感覺器宮和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬；計算機技術(shù)對于腦的模擬似及人工智能的研究等。在第一屆仿生學(xué)會議上發(fā)表的比較典型的課題有：“人造神經(jīng)元有什么特點”、“設(shè)計生物計算機中的問題”、“用機器識別圖像”、“學(xué)習(xí)的機器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學(xué)的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機械仿生和化學(xué)仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現(xiàn)新的分支，如人體的仿生學(xué)、分子仿生學(xué)和宇宙仿生學(xué)等。
總之，仿生學(xué)的研究內(nèi)容，從模擬微觀世界的分子仿生學(xué)到宏觀的宇宙仿生學(xué)包括了更為廣泛的內(nèi)容。而當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)正是處于一個各種自然科學(xué)高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學(xué)通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結(jié)合起來，同時對生物學(xué)的發(fā)展也起了極大的促進(jìn)作用。在其它學(xué)科的滲透和影響下，使生物科學(xué)的研究在方法上發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變；在內(nèi)容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學(xué)的發(fā)展又是以仿生學(xué)為渠道向各種自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)輸送寶貴的資料和豐富的營養(yǎng)，加速科學(xué)的發(fā)展。閃此，仿生學(xué)的科研顯示出無窮的生命力，它的發(fā)展和成就將為促進(jìn)世界整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。
【仿生學(xué)的研究范圍】
仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
◇力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對運動和生物體在環(huán)境中運動的動力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速；
◇分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲；
◇能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程；
◇信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據(jù)象鼻蟲視動反應(yīng)制成的“自相關(guān)測速儀”可測定飛機著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計算機。
模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機”的機器，它可以通過訓(xùn)練，改變元件之間聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實現(xiàn)模式識別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運動控制、動物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機制，以及人-機系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。
某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。
仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領(lǐng)域。一方面由于自動化向智能控制發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經(jīng)科學(xué)最大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識別的研究，大腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制和信息過程，都運用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實用人造硬件系統(tǒng)；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點。其目的不在于直接復(fù)制每一個細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實現(xiàn)特定功能為中心目的。—般認(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個相關(guān)的方面：生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型。前者是基礎(chǔ)，后者是目的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。
由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機制需要相當(dāng)長的研究周期，而且解決實際問題需要多學(xué)科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因。
【仿生學(xué)的現(xiàn)象】
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及，但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒有“鼻子”，它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進(jìn)入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。
仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來的神經(jīng)電信號經(jīng)電子線路放大后，送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號，便能發(fā)出警報。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。
這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進(jìn)計算機的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為“冷光”。
在眾多的發(fā)光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。
早在40年代，人們根據(jù)對螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會產(chǎn)生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”。
各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據(jù)說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對電魚的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風(fēng)耳
“燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關(guān)系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將來臨。
水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預(yù)測風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。
原來，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生有害氣體檢測的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長著一個細(xì)柄，柄上有個小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。
仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強度。這種預(yù)測儀能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。
開放分類：
生物、自然科學(xué)、自然、仿生學(xué)、學(xué)科
學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)。
仿生學(xué)（bionics）在具有生命之意的希臘語bion上，加上有工程技術(shù)涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的機械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經(jīng)功能）、自動控制系統(tǒng)等，這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機械設(shè)計方面給了很大啟發(fā)。可舉出的仿生學(xué)例子，如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)（游泳時能使身體表面不產(chǎn)生紊流）應(yīng)用到潛艇設(shè)計原理上。仿生學(xué)也被認(rèn)為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機械原理加以比較，進(jìn)行研究和解釋的一門學(xué)科。
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由3000多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
自然界形形色色的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機器？這里要介紹的一門新興科學(xué)——仿生學(xué)。
仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在本世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非常可觀。仿生學(xué)的問世開辟了獨特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。
人類仿生由來已久
自古以來，自然界就是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。種類繁多的生物界經(jīng)過長期的進(jìn)化過程，使它們能適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。勞動創(chuàng)造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言，在長期的生產(chǎn)實踐中，促進(jìn)了神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦獲得了高度發(fā)展。因此，人類無與倫比的能力和智慧遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認(rèn)識生物界上，而且還運用人類所獨有的思維和設(shè)計能力模仿生物，通過創(chuàng)造性的勞動增加自己的本領(lǐng)。魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多·達(dá)·芬奇和他的助手對鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計和制造了一架撲翼機，這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類仿生學(xué)的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。電子蛙眼——根據(jù)青蛙發(fā)明
雷達(dá)——蝙蝠
鳥、蜻蜓——飛機
螢火蟲——日光燈
水母——水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀
蒼蠅——航天（有關(guān)）
壁虎腳趾——粘性錄音帶
螳螂——鋸子
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。美國英思科MX6可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”美國英思科MX6。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多&midDOt;達(dá)·芬奇和他的助手對鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計和制造了一架撲翼機，voc這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類仿生的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。
仿生學(xué)舉15個例子：
1。由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。
2。從螢火蟲到人工冷光；
3。電魚與伏特電池；
4。水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。
5。人們根據(jù)蛙眼的視覺原理，已研制成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣，準(zhǔn)確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達(dá)系統(tǒng)后，雷達(dá)抗干擾能力大大提高。這種雷達(dá)系統(tǒng)能快速而準(zhǔn)確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導(dǎo)彈等。特別是能夠區(qū)別真假導(dǎo)彈，防止以假亂真。
電子蛙眼還廣泛應(yīng)用在機場及交通要道上。在機場，它能監(jiān)視飛機的起飛與降落，若發(fā)現(xiàn)飛機將要發(fā)生碰撞，能及時發(fā)出警報。在交通要道，它能指揮車輛的行駛，防止車輛碰撞事故的發(fā)生。
6。根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內(nèi)裝一個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。
7。模擬藍(lán)藻的不完全光合器，將設(shè)計出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。
8。根據(jù)對人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究，已仿制了人力增強器——步行機。
9。現(xiàn)代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。
10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
11。船槳模仿的是魚的鰭。
12。鋸子學(xué)的是螳螂臂，或鋸齒草。
13。蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍搭扣。
14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。
15。壁虎腳趾對制造能反復(fù)使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16。貝用它的蛋白質(zhì)生成的膠體非常牢固，這樣一種膠體可應(yīng)用在從外科手術(shù)的縫合到補船等一切事情上美國英思科MX6。
【發(fā)人深省的對比】
人類仿生的行為雖然早有雛型，但是在20世紀(jì)40年代以前，人們并沒有自覺地把生物作為設(shè)計思想和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。科學(xué)家對于生物學(xué)的研究也只停留在描述生物體精巧的結(jié)構(gòu)和完美的功能上。而工程技術(shù)人員更多的依賴于他們卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，進(jìn)行著人工發(fā)明。他們很少有意識的向生物界學(xué)習(xí)。但是，以下幾個事實可以說明：人們在技術(shù)上遇到的某些難題，生物界早在千百萬年前就曾出現(xiàn)，而且在進(jìn)化過程中就已解決了，然而人類卻沒有從生物界得到應(yīng)有的啟示。
首先是對生物原型的研究。根據(jù)生產(chǎn)實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，得到一個生物模型；第二階段是將生物模型提供的資料進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并使其內(nèi)在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學(xué)的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數(shù)學(xué)模型；最后數(shù)學(xué)模型制造出可在工程技術(shù)上進(jìn)行實驗的實物模型。當(dāng)然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實踐——認(rèn)識——再實踐的多次重復(fù)，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結(jié)果，使最終建成的機器設(shè)備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復(fù)雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。
仿生學(xué)的基本研究方法使它在生物學(xué)的研究中表現(xiàn)出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學(xué)的整體來看，它把生物看成是一個能與內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系和控制的復(fù)雜系統(tǒng)。它的任務(wù)就是研究復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的相互關(guān)系以及整個系統(tǒng)的行為和狀態(tài)。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復(fù)制，它們與外界的聯(lián)系是密不可分的。生物從環(huán)境中獲得物質(zhì)和能量，才能進(jìn)行生長和繁殖；生物從環(huán)境中接受信息，不斷地調(diào)整和綜合，才能適應(yīng)和進(jìn)化。長期的進(jìn)化過程使生物獲得結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，局部與整體的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。仿生學(xué)要研究生物體與外界刺激（輸入信息）之間的定量關(guān)系，即著重于數(shù)量關(guān)系的統(tǒng)一性，才能進(jìn)行模擬。為達(dá)到此目的，采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學(xué)的研究方法必須著重于整體。
仿生學(xué)的研究內(nèi)容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和功能供各行業(yè)來研究。自從仿生學(xué)問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學(xué)的研究得到迅速的發(fā)展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生等。隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科分支繁多，在仿生學(xué)中相應(yīng)地開展對口的技術(shù)仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學(xué)的研究；航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導(dǎo)航；工程建筑對生物力學(xué)的模擬；無線電技術(shù)部門對于人神經(jīng)細(xì)胞、感覺器宮和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬；計算機技術(shù)對于腦的模擬似及人工智能的研究等。在第一屆仿生學(xué)會議上發(fā)表的比較典型的課題有：“人造神經(jīng)元有什么特點”、“設(shè)計生物計算機中的問題”、“用機器識別圖像”、“學(xué)習(xí)的機器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學(xué)的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機械仿生和化學(xué)仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現(xiàn)新的分支，如人體的仿生學(xué)、分子仿生學(xué)和宇宙仿生學(xué)等。
總之，仿生學(xué)的研究內(nèi)容，從模擬微觀世界的分子仿生學(xué)到宏觀的宇宙仿生學(xué)包括了更為廣泛的內(nèi)容。而當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)正是處于一個各種自然科學(xué)高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學(xué)通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結(jié)合起來，同時對生物學(xué)的發(fā)展也起了極大的促進(jìn)作用。在其它學(xué)科的滲透和影響下，使生物科學(xué)的研究在方法上發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變；在內(nèi)容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學(xué)的發(fā)展又是以仿生學(xué)為渠道向各種自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)輸送寶貴的資料和豐富的營養(yǎng)，加速科學(xué)的發(fā)展。閃此，仿生學(xué)的科研顯示出無窮的生命力，它的發(fā)展和成就將為促進(jìn)世界整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。
【仿生學(xué)的研究范圍】
仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
◇力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對運動和生物體在環(huán)境中運動的動力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速；
◇分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲；
◇能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程；
◇信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據(jù)象鼻蟲視動反應(yīng)制成的“自相關(guān)測速儀”可測定飛機著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計算機。
模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機”的機器，它可以通過訓(xùn)練，改變元件之間聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實現(xiàn)模式識別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運動控制、動物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機制，以及人-機系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。
某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。
仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領(lǐng)域。一方面由于自動化向智能控制發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經(jīng)科學(xué)最大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識別的研究，大腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制和信息過程，都運用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實用人造硬件系統(tǒng)；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點。其目的不在于直接復(fù)制每一個細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實現(xiàn)特定功能為中心目的。—般認(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個相關(guān)的方面：生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型。前者是基礎(chǔ)，后者是目的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。
由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機制需要相當(dāng)長的研究周期，而且解決實際問題需要多學(xué)科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因。
【仿生學(xué)的現(xiàn)象】
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及，但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒有“鼻子”，它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進(jìn)入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。
仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來的神經(jīng)電信號經(jīng)電子線路放大后，送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號，便能發(fā)出警報。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。
這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進(jìn)計算機的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為“冷光”。
在眾多的發(fā)光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。
早在40年代，人們根據(jù)對螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會產(chǎn)生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”。
各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據(jù)說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對電魚的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風(fēng)耳
“燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關(guān)系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將來臨。
水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預(yù)測風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。
原來，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生有害氣體檢測的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長著一個細(xì)柄，柄上有個小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。
仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強度。這種預(yù)測儀能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。
開放分類：
生物、自然科學(xué)、自然、仿生學(xué)、學(xué)科
學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)。
仿生學(xué)（bionics）在具有生命之意的希臘語bion上，加上有工程技術(shù)涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的機械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經(jīng)功能）、自動控制系統(tǒng)等，這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機械設(shè)計方面給了很大啟發(fā)。可舉出的仿生學(xué)例子，如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)（游泳時能使身體表面不產(chǎn)生紊流）應(yīng)用到潛艇設(shè)計原理上。仿生學(xué)也被認(rèn)為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機械原理加以比較，進(jìn)行研究和解釋的一門學(xué)科。
蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由3000多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。
自然界形形色色的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機器？這里要介紹的一門新興科學(xué)——仿生學(xué)。
仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在本世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非常可觀。仿生學(xué)的問世開辟了獨特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。
人類仿生由來已久
自古以來，自然界就是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。種類繁多的生物界經(jīng)過長期的進(jìn)化過程，使它們能適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。勞動創(chuàng)造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言，在長期的生產(chǎn)實踐中，促進(jìn)了神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦獲得了高度發(fā)展。因此，人類無與倫比的能力和智慧遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認(rèn)識生物界上，而且還運用人類所獨有的思維和設(shè)計能力模仿生物，通過創(chuàng)造性的勞動增加自己的本領(lǐng)。魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多·達(dá)·芬奇和他的助手對鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計和制造了一架撲翼機，這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類仿生學(xué)的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。電子蛙眼——根據(jù)青蛙發(fā)明
雷達(dá)——蝙蝠
鳥、蜻蜓——飛機
螢火蟲——日光燈
水母——水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀
蒼蠅——航天（有關(guān)）
壁虎腳趾——粘性錄音帶
螳螂——鋸子
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