关于仿生学的 砺资料
1。由令人讨厌的苍蝇,仿羴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。
舞毒蛾监测方法 舞毒蛾雌虫
舞毒蛾监测方法 舞毒蛾雌虫
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,设计了水母懤耳风暴预测仪,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,已研制成功一种亜电子蛙眼。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。这种雷歯达系统能快速而敕准确地识别出特定形状的飞机、舰船和等。特别是能够区别真假,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,防止车辆碰撞的发生。
6。根据蝙蝠俦超声的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类薨似作用的“超声”也已制成。
7。模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出毒蛾仿生光解峯水的装置,从而可获得大量的氢气。
8 骤。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锕的胶体非常牢固,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。
好运
生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线,抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。
响尾蛇等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然疝线感知能力的原理,研制开发出来的现代化武器。
火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。
科锕研人员通过研究变色龙的变色本领,为部队研制出了不少军事伪装装备。
科学家研究青蛙的眼睛,发明了电子蛙眼。
白蚁不仅使用胶粘镬剂建筑毒蛾它们的土堆,还可以通过头部的小管向敌人 侴喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制雠造了工作的武器—一块干胶炮弹。
美国空军通过竑毒蛇的“热眼”功能,研究开发出了雌虫热传感器。
我国纺织科技人员利用仿生学原理,借鉴陆地动物的皮毛结构,设计出一种KEG保温面料,并具有防风和导湿的功能。
根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理,人梼类发明了跟踪追击的响尾蛇。人类还利用蛙跳墀的原理设计了夯。人敕类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬幚”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上伬批防毒面具
雷达:根据蝙蝠魍的声波定位原理!
潜水艇,鱼换气。流水型
直升机,根据蜻蜓形象仿的。
“电光鹰眼”一听名字便可猜出一定是模仿老鹰的眼睛制造出来的。
啊 根据蜜蜂的复眼
根据海豚的声
仿生学的研究范围主要包括:力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。
力幚学仿生,是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质,以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如,建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑,模仿股骨结构建造的立柱,既消除应力特别集中的区域篪,又可用最少绉的建材承受的载荷。军事上模仿海豚皮㤘肤的沟槽结构,把人工海豚啻皮包敷在船舰外壳上,可减少航行揣流,提高航速;
分子仿生,是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结篪构后,合成了一种类似有机化合物,在田间捕虫笼中用千万分之一微克,便可荭诱杀雄虫;
能量仿生,是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把腌化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程;
信息与控制仿生,是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智酬能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪 骤”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理牰,研制成功可增强图像轮廓、提高反嚟、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上,并在此基吜础上构造出新型计算机。
模仿人类学习过程,制造出一种称为“感知机”的机器,它可以通过训练,舞改变元件之间联系的权重来进行学习,从而能实现模式识别。此外,它还亜研究与模拟体瘛内稳态,运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制,以及人-机系统的仿生学方面楱。
某些文献中,把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生,而把信息和控制仿生的部分内容称为神经仿生。
仿生学的范围很广,信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能黐控制发展的需要,另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段,使研究大脑已成为对神经科学的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究,大镬脑学习记忆和思维过程的研究与模拟,生物体中控制的可靠性和协调问题等——是仿生学研究的主攻方面。
控制与信雌虫息仿生和生物控制论关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程,都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造驺硬件系统雌虫;而生物控制论则从控制论的一般原理,从技术科学的理论出发,为生物行为寻求解释。
最广泛地运用类比、模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的不在于直接每一个细节,而是要理解生物系统的工作原镑理砥,以实现特定功能为中心目的。—般认为,在仿生学研究中存在下列三个相关的方面:生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础,后牰者是目的,而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。
由于生物系统的复杂性,搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期,而且解决实竑际问题需要多学科长时魉间的密切协作,这是限制仿生学发展速度的主要原因。
其他生物学分支学科
生物学概述、植物学、孢粉学、动物学、微生物学、细胞生物学、分子生物学、生物分类学、习性学、生理学、细菌学、微生物生理学、微生物遗传学、土壤微生物学、细胞学、细晷胞化学、细怞胞遗传学、免疫学、胚胎学、优生畴学、悉生生物学、遗传学、分子遗传学、生态学、仿生学、生物物理学、生物力学、生物力能学、生物声学、生物化学、生物数学
附:部分“仿生学”实例
苍蝇与宇宙舞飞船
令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及监测,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。方法苍蝇饬的嗅觉特别灵敏,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“鸠鼻子”——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,根据苍蝇嗅觉嗤器的结构和功能懤,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的炿“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楱神经上,将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,便能发出警报俦。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。
这种小型气体分胄析仪,也可测量潜水艇和矿井豁里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关篪气体色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、丰富多嚟了。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,所以又被称荭为“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,它坻们发出的冷光的颜色有黄 雠绿色、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,羴很适合人类的眼鳝睛鳝,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,萤火虫监测的发光器位于腹部。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,荧光素瘛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雠变成光能的过程。
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)和水混合饬炿而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中螭当闪光灯。由于这种光没有电源,不会产生磁场懋,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。 峁
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”。
各种电鱼放电的锕本领各不相同。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,而非洲电鳐能产监测生的电压高达220伏藿;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压鸱,有一种南美洲电鳗俦竟能产生高达880伏的电压,称得上电击冠军,据说它能击毙像吜马那样的大动物。
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 砺形细胞构成的。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形状、位毒蛾置、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,排列在身体中线两侧,螭共有20畴0万块电酬板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位疝于皮肤与肌肉之间,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,产毒蛾生的电压就很大了。
电鱼这种非凡的本领,引起了人们呪极大的兴趣。19世纪初袤,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早呪的伏打电池。因为夿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 侴造电器官”。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,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水夿母的顺风耳
“燕子雌虫低飞行将雨,蝉鸣雨墀中天放晴。”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,在蓝色的海洋魍上,由空气和波浪摩擦薨而产生的次声波 (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,水母的耳朵的共菗振腔俦里长着一个细柄,柄上菗有个小球,球内有袤块小小的听石,方法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,踌于是水母就听蜯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;指峯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舞有重要意义。
鲨鱼皮肤-泳衣 一件泳衣,在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。几乎大半得主都穿上一种特殊的泳衣———连体鲨鱼装。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懋的齿状凸起,能有效地水流,并收紧身体,避免皮肤和肌肉的颤动。
此后,仿生泳衣越仿越精。第二代鲨鱼装又增加了一些新的监测亮籀点,加入了一种叫做“弹性皮蜯肤”的材料,可使人在水中受到的阻力减少4%。此外,还增加了两个附件,附在前臂上由钛硅魑树脂做成的缓冲器能使运动咮员游起来更加轻松;附殠在胸前和肩后的振动鸠控制系统能帮助水流。
海蜇-水母耳 每当风暴来临前,最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未篪卜先知,早搒早就离岸游向大海避灾。原来,海蜇有个“顺风耳”,其“耳”(细柄上的小球)中有小小的听石,上面布满神经感受器,能听到风暴产生时发出的次声波(由空气和波浪摩擦而产生,频率为8赫兹-13赫兹,传播比风暴、波浪的速度快)。
模拟海 媸蜇感受次敕声波的器官,科技人员设计出一种“水母耳”仪器,可提前15小时左右预报风暴。它由喇叭、接受次声舞波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安砾装在船的前甲板上,喇叭做360旋转。当它接收到8赫兹-13赫兹的次声 瞓波时,旋转自动停止,喇叭所指示的方向,就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。
仿生成果走向产业
京沪两地科学界级别的“香山科学会胄议”和“东方科技坻”最魑近联合就仿生学召开学术研讨会,此举在科学界引起不小震动:为何给予仿生学如此高规格?
缘自㤘科研和高新技术产业的竞争态势。越来越多的科学家认识到:模仿自然更有无限的潜力和机会,更有可能提升原始创新的能力。
人类进化只有500万年的历史,而生命进化已经历喌了约35亿年。大自然的镑奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘,就有可能成为我们一种新的设计可能性,也可能带给我们新的生绉存方式,仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。10年前,许多就开始通过仿生学,提升科技创新活力和产业能级。在美国,有一项长期研究与仿生科技紧密相关,其优先发展的先进制造、紬先进材料和先进军事装备等,不少是从模拟与仿真入手;德国研究与技术部已就“21世纪的技术”为题,从仿生学出发,在电子技术、纳米技术、富勒碳材料、光子学、材料、生物传感器等领域投入了相当大的财力和人力;英国、 媸日本、以及韩国等国都有相应的仿生科技和仿生产业中长期,在先进制造、材料、生物技术、高性能计算与通信等领域开展基础性研究。
仿生成果已不断涌现,并开搒始从基础研究发展到商业化竞争阶段。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍,这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后,在全球经济中所创造的份额会越来越大。如德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构鸱及其稳定性,设计出一种AMC垫型轮胎,其表面的柔软性和硬性网状结构设计,具有较大的抓地性和运行精度,增加了轮胎与地面的摩擦力,使刹车距离从现在的19米缩短为9米,大大提高了安全性。这种轮胎已完成了实地试验,一旦投产,对世界轮胎业产生的冲击可想而知。又如,德国米勒公司新设计的一款洗衣机内桶表面结伬构仿造蜂巢和龟背壳形状,所洗的衣服非常干净,但洗涤过程却非常柔顺,不伤衣料。据统计,我国每年洗衣机更新量为500万台,有关专家已经担忧,一旦这种仿生洗衣机进入市场,将大大挤压我国的洗衣机市场。
将仿生研究纳入战略
机器人、纳米自洁涂料、生物农……仿生科研在本 瞓市和全国其它城市的不少领域已有开展,但始终难以形成规模产业,缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系,因此源头创新性研丒究还远远不够。为此有关专家认为,科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角,从模仿国外转变为模仿自然,向大自然汲取科技创新的灵感。
据了解,我国当前优先嗤发展的高技术产业化重点领域共有14紬1个方面,其中将近有30个领域与仿生学相关。例如:光传输系统,生物医学材料及体内植入物和人造器官,生物反应器及分离技术与成套咮设备,医新剂型,新型医褫用精密诊断及治疗仪器,新型材料-纳米材料,膜工程技术,子午线轮胎生产技术及关砥键设锕备和原材料,新型传感器,工业机器人及机器人自动化生产线,褫环境与污染源监测仪器及自动监测系统,高效、安全新农、兽及生物防治技术,新型墙体材料等。由此可见,加强仿生科研和仿生成果的转化,将使我国的高新技术产业的质与量都产生飞跃。
杜藿家纬介绍,21世纪的仿生篪学,正朝着微闳观、系统、智能、精细、洁净方向发展豁,更多地表现为将生物系统构造和生命活动过程融合到技术创新的设计思想中去。当前仿生结构和力学的研究在上受到高度关注,研制飞行器,机敕器昆虫和机器鱼等正形成热潮。在新材料研究方面,世界各国也都将目标放在模仿生物界的结构,如海洋壳类构造、蜘蛛丝、植物表面超微结构、动物角趾皮肤等等。
仿歯生学是怞多学科的交叉,需要多学科的专家,尤其是生命科学家和工程技术专家的共同关注与参与。专家呼吁:要将仿生学的发展放在重要战略地位加以考虑,腌把握21世纪仿生学的发喌展方向和前沿,加强原始创新研究,从仿生结构与力学,仿生材料与微纳系统,仿生功能器件及控制,分子仿生,神经和信息科学等“仿生 峁科学与技术”偢系统性基础研究方向,建立魉复杂生物体系的研究与发现体系。在仿生材料,仿生工艺,方法仿生机械,仿生功能器件,微纳米仿生技术,仿生传感器,基
舞毒蛾的防治方法
(1)修剪。结合冬季修剪,消灭越冬卵块。
(2)诱杀。成虫羽化盛期用黑光灯诱杀成蛾。
(3)喷防治。在幼虫发生期可喷布50%杀螟松,或50%辛硫磷乳剂1000~1200倍液。
昆虫利用体内的碱性酶和物酶等防御性酶进行解毒和排毒,是其适应植物防御的重要方式.研究人
(1)在生态系统中,舞毒蛾幼虫以落叶松针叶为食,属于初级消费者;同化的碳的去向有流向下一营养级、通过呼吸作用释放、被分解者利用;
(2黐)在步骤1“植物材料处理”中,对照组是全自然光照,50%和25%的自然光为实验组;每组处理50株幼苗啻的目的是减少实验结果误,保证实验结果的准确性;
(3)分析结果1、2,与对照组相比,取食遮阴处理的落叶松对舞闳毒蛾幼丒虫的生长发育具有抑制作用,对其体内防御酶的活性有抑制作用;
(4)在林业生产中针对阳坡光照比较充足的林地,可以通过适当增加树木的偢密度提高林木自身的抗性.
故为:(1)(初级)消费者 通过呼吸作用释放 被晷分解者利用
(2)全自然光照 减少实验结果误,保证实验结果的准确性
(3)抑制 抑制
(4)适当增加树木的密度
舞毒蛾是什么?
舞毒蛾(Lymantria dispar L.)又称秋千毛虫,属鳞翅目毒蛾科。分布于长春、沈阳、呼和浩特、包头、河北、山东、山西、甘肃、宁夏、南京、贵州和云南等地。为害樱花、梅花、紫薇、紫藤、山楂、垂丝海棠、贴梗海棠、柿、黄栌、苹果、核桃、稠李、云杉、杨、柳、悬铃木和榆等。
为害状
幼虫食性杂,食量大,常把叶片造成缺刻或吃光,影响植株生长和观赏。
形态特征
成虫雌雄二方法型。雌蛾体长30毫米,体翅黄白色,前翅面上有4 雠条锯齿状褐色纹,前后翅外缘各有8个褐色斑。雄蛾体长20毫米,体翅褐色,前翅有明显的4条深褐梼色波浪纹。卵圆馒头形,卵块上覆盖黄褐篪色绒毛。老熟幼虫体长75毫米籀,体灰踌褐色。体背有11对毛瘤,前5对为蓝色,后6对为红色。毛瘤上有黄黑色长毛。蛹黑褐色,有黄锈色毛丛。
发生特点
在江浙以北1年发生1代。以卵在枝干、石缝等处越冬。翌年4月幼虫出壳,1龄幼虫体毛长,常吐丝下垂,借风力传播扩散,故叫秋千毛虫。幼虫白天在树下潜伏,傍晚返回树冠取食。7月上中旬幼虫化蛹,蛹期约10天。7月中下旬成虫羽化,在趋光性。雄蛾白天飞舞,故又称“舞蛾”,雌蛾行动迟钝。卵产在枝干或石块阴处。卵呈块状,每块有卵200~400粒,其上有体毛覆盖。卵完成胚胎发育后,驺其幼虫在卵壳殠内滞育过夏越冬。
防治方法
(1)诱杀。黑光灯诱杀成虫。
(2)人工防治。冬砾春季节人工采卵块,并烧毁。
(3)剂防治。幼虫为害期(5~7月)喷施20%菊杀乳油,或20%桃小灵乳剂2000倍液。