仿生学火车

翠鸟和新干线高速列车工程师们在对日本的新干线高速列车进行升级之后,成功的将时速提升至320公里每小时,但新问题随之而来,如此之高的速度导致列车的噪音超出了环保标准,例如,当列车驶出狭窄的隧道时就会产生音爆。
音爆产生的部分原因在于列车粗短的子弹型车头会挤压前方的空气,而不是穿过去。为了解决这个问题,工程师们从翠鸟的上到了灵感,翠鸟鸟嘴的结构能让它在潜入水中时很少溅起水花。
翠鸟流线型的长喙从尖端到头部的直径是逐渐增大的,潜水时会让水流向身后。通过将列车的车头部分改造成翠鸟鸟喙的形状,西日本铁路公司(West�0�2Japan�0�2Railway�0�2Company)的工程师们成功开发出新型的500系列列车,并于1997年投入使用。这种列车不仅噪音较低,而且行驶速度快了10%,电能消耗减少了15%。
苍蝇与宇宙飞船 令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充
当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。
仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体层分析仪的结构原理中。
从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些
动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜有黄绿、橙,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。
电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能
放电的鱼,统称为“电鱼”。 各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压,有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。
电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究, 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形,位于尾部脊椎两侧的肌肉中;电鳐的发电器形似扁平的肾脏,排列在身体中线两侧,共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱,但由于电板很多,产生的电压就很大了。 电鱼这种非凡的本领,引起了人们极大的兴趣。19世纪初,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究,还给人们这样的启示:如果能成功地模仿电鱼的发电器官,那幺,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水母的顺风耳 “燕子低飞行将雨,蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道,生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海,就预示着风暴即将来临。 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,在蓝的海洋上,由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13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
中国首架仿生学共轴式双旋翼无人直升机19日在辽宁省沈阳市首次试飞,并成功完成空中悬停、航线、熄火降落等飞行动作。因为采用仿生学设计,外观酷似跳跃的海豚,该机被冠以海豚直升机的名号。
设计者刘宾在试飞现场告诉记者,海豚式仿生学外观并不是用来观赏的噱头,流线型外观能够降低该机的风阻系数,机身双侧类似海豚鳍的双翼还能增加飞行时的稳定性,配合尾部的推进式尾桨,无风状态下该机时速可达200公里。
该机机身全长约1.85米,全备重量16公斤,最大起飞重量25公斤,任务载荷8公斤,可实现1800米的实用升限以及超过1小时的续航时间。由于采用共轴双主旋翼设计,并复合尾桨,相比传统的单旋翼飞行器,安全性和稳定性均有较大提高。
刘宾说,这种设计给飞行器加上了多重保险:在单主旋翼、单尾旋翼、一对主尾旋翼或双尾旋翼发生故障时,直升机都能安全降落。甚至在发动机空中熄火之后,飞行器也能平稳降落直至着陆。
据了解,该机由刘宾与天津大学组建的无人机联合研究室于3年前开始研制,其设计已获国家专利,设计创意在日前闭幕的中航工业杯国际无人飞行器创新大奖赛上获得创意奖。目前刘宾位于沈阳的无人机制造工厂已完成3台样机,并计划在近期批量生产。
仿生学的事例
(1 科学家从鱼儿在水中自由升降的现象得到启示,发明了潜水艇。
2 科学家研究鸟儿飞行的原理,发明了飞机。
从蜻蜓那到防止机毁人亡事故的方法。
研究苍蝇,蚊子,蜜蜂等动物的飞行特点,造出了许多具有各种优良性能的新式飞机。
3 工程师模仿鲸的形体,改进了船体的设计,大大提高了轮船航行的速度。
4 建筑师根据“薄壳结构”的特点,设计出许多既轻便又省料的建筑物。
5 人们模仿袋鼠造出了会跳跃的越野汽车。
6 人们模仿贝壳制成了外壳坚固的坦克。
7)人们从蝙蝠身上得到启示,发明了雷达。
8)人们从青蛙身上得到启示,发明了电子蛙眼。
9)人们从变龙身上得到启示,发明了迷彩服。
10)鲁班从锯齿草身上得到启示,发明了锯子。
仿生学现象简表:
  1。由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。
  2。从萤火虫到人工冷光;
  3。电鱼与伏特电池;
  4。水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,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。
  5。人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。
  电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。
  6。根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
  7。模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。
  8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。
  9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
  10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
  11。船桨模仿的是鱼的鳍。
  12。锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。
  13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
  14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
  15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
  16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。
  16.树叶的排列和悉尼大剧院的建设

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