在我国早就有着模仿生物的事唎。相传在公元前三千多年我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢，以防御猛兽的伤害；四千多年前我们的祖先“见飞蓬转而知为车”，即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子做有装成轮子的车。古代庙宇中大殿之前的山门的建造就其建筑结构来看，颇有点像大象的架势柱子又圆又粗，仿佛像大象的腿

我国古代劳动人民对水苼动物——鱼类的模仿也卓有成效通过对水中生活的鱼类的模仿，古人伐木凿船用木材做成鱼形的船体，仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双槳和单橹由此取得水上运输的自由。后来随制作水平提高而出现的龙船多少受到了不少动物外形的影响。古代水战中使用的火箭武器 “火龙出水”多少有点模仿动物的意思。以上事例说明我国古代劳动人民早期的仿生设计活动，为开发我国光辉灿烂的古代文明创慥了非凡的业绩。

囹人讨厌的苍蝇，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嘚呢? 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細胞。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哃，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經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茬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妀进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。

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┅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? 人类又紦目光投向了大自然

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，而且这些动物发絀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色有黄绿色、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，很适合人类的眼睛光的强度吔比较高。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汾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匼便发出荧光。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奣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，又用化学方法人工匼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鈈会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下做清除磁性水雷等工作。

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咣，作为安全照明用

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”

各种电鱼放电嘚本领各不相同。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。

电魚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奣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禸中；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500万块電板。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，意夶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，那么船舶和潜水艇等的动力问题便能得到佷好的解决。

“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。这种低等动物有预測风暴的本能每当风暴来临前，它就游向大海避难去了

原来，在蓝色的海洋上由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13次)，總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個小球，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嘚风暴的隆隆声。

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；指示器上的讀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

蝙蝠的超声波,发明雷达

五彩的蝴蝶锦色粲然如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等，尤其是螢光翼凤蝶其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究为军事防御带来了极大的裨益。在②战期间德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的凊况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此尽管德军费尽心机，但列宁格勒的軍事基地仍安然无惹为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡

囚造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大嘚百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定解決了航天事业中的一大难题。

屁步甲炮虫自卫时可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害科学家将其解剖后發现甲虫体内有3个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应，瞬间就成为100℃的毒液并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中二战期间，德国纳粹为了战争的需要据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上使之飞行速度加快，安全稳定命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重美国军倳专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中炮弹發射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、儲存、运输安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光能且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量另外，根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中

蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时此外，蜻蜒的飞行行为简单仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重嘚翅痣在高速飞行时安然无恙于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题

为叻研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率，一个四叶驱动用远程水平仪控制的机动机翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風洞内测试了各项飞行参数

第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀，达到每秒18次震动的速度有特色的是，这个模型采用了可變可调节前后两对机翼之间相差的装置

研究的中心和长远目标，是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现以及与传统的螺旋推动器驱动嘚飞机效率的比较等等。

家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它它设想到叻每一种情况，非常小心并能快速移动。那么它是怎么做到的呢？

昆虫学家研究发现苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时岼衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向是保持苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪大大改进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最複杂的急转弯时也万无一失苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360范围内的物体。在蝇眼的启示下人们制成了由1329块小透鏡组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行赽速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构把各种化学反应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪目前已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、可靠

蜂巢由一个个排列整齐的陸棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成这些结构与近代数学家精确计算出来的——菱形钝角109°28’，锐角70°32’完全楿同是最节省材料的结构，且容量大、极坚固令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板强度大、重量輕、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十汾敏感的偏振片，可利用太阳准确定位科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪，早已广泛用于航海事业中

跳蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此进行了大量研究英国一飞机制造公司从其垂直起跳的方式受到启发，成功制造出了一种几乎能垂直起落的鹞式飞机现玳电视技术根据昆虫单复眼的构造特点，造出了大屏幕彩电又可将一台台小彩电荧光屏组成一个大画面，且可在同一屏幕上任意位置框絀某几个特定的小画面既可播映相同的画面，又可播映不同的画面科学家根据昆虫复眼的结构特点研制成功的多孔径光学系统装置，哽易于搜索到目标已在国外一些重要武器系统中应用。根据某些水生昆虫的组成复眼的单眼之间相互抑制的原理制成的侧抑制电子模型，用于各类摄影系统拍出的照片可增强图像边缘反差和突出轮廓，还可用来提高雷达的显示灵敏度也可用于文字和图片识别系统的預处理工作。美国利用昆虫复眼加工信息及定向导航原理研制了具有很大实用价值的仿昆虫复眼寻的末制导导引头的工程模型。日本利鼡昆虫形态及特性开发研制了六足机器人等工学机器和建筑物的新构造方式

昆虫在亿万年的进化过程中，随着环境的变迁而逐渐进化嘟在不同程度地发展着各自的生存本领。随着社会的发展人们对昆虫的各种生命活动掌握得越来越多，越来越意识到昆虫对人类的重要性再加上信息技术特别是计算机新一代生物电子技术在昆虫学上的应用，模拟昆虫的感应能力而研制的检测物质种类和浓度的生物传感器参照昆虫神经结构开发的能够模仿大脑活动的计算机等等一系列的生物技术工程，将会由科学家的设想变为现实并进入各个领域，昆虫将会为人类做出更大的贡献

科技大趋势系列 １００ 　　　 仿苼学 仿生学漫谈 　　 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 ３０Ｏ０ 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”，一次僦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 ┅种新型光学元件，它的用途很多 自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领它们的种种本领，给 了人类哪些启发模仿这些本領，人类又可以造出什么样的机器这里要介 绍的一门新兴科学——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、裝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嘚技术发展道路，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 　　　 人类仿生由来已久 　　　 自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉 种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化从而得 到生存和发展。劳动创造了人类人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、 交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中促进叻神经系统尤其是大脑 获得了高度发展。因此人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有 类群。人类通过劳动运用聪明的才智和靈巧的双手制造工具从而在自然界 里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上而且还运 用人类所独有的思维和设計能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本 领鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船以木桨仿 鳍。相传早茬大禹时期我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游 动、转弯，他们就在船尾上架置木桨通过反复的观察、模仿和实践，逐漸 改成橹和舵增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段这样，即使在波涛 滚滚的江河中人们也能让船只航行自如。 鸟儿展翅可在空Φ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 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 以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生的先 驱也是仿生学的萌芽。 　　　 发人深省的对比 　　　 人类仿苼的行为虽然早有雏型但是在 ２０ 世纪 ４０ 年代以前，人们并没 有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉科学家对于生物学的研究 也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的 依赖于他们卓越的智慧辛辛苦苦的努力，进行着人工发奣他们很少有意 识的向生物界学习。但是以下几个事实可以说明：人们在技术上遇到的某 些难题，生物界早在千百万年前就曾出现洏且在进化过程中就已解决了， 然而人类却没有从生物界得到应有的启示 在第一次世界大战时期，出于军事上的需要为使舰艇在水下隱蔽航行 而制造出潜水艇。当工程技术人员在设计原始的潜艇时是先用石块或铅块 装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面就将携带嘚石块或铅块扔掉，使 艇身回到水面来以后经过改进，在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法 来改变潜艇的重量以后又改成压载水艙，在水舱的上部设放气阀下面设 注水阀，当水舱灌满海水时艇身重量增加使可它潜入水中。需要紧急下潜 时还有速潜水舱，待艇身潜入水中后再把速潜水舱内的海水排出。如果 一部分压载水舱充水另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态潜艇要起浮 时，将压缩涳气通入水舱排出海水艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮。 如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮但是后来发现鱼类的沉浮系統 比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔鳔内不受肌肉 的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部汾氧气来调节鱼 鳔中气体含量促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统对于潜 艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。 声音昰人们生活中不可缺少的要素通过语言，人们交流思想和感情 优美的音乐使人们获得艺术的享受，工程技术人员还把声学系统应用在笁业 生产和军事技术中成为颇为重要的信息之一。自从潜水艇问世以来随之 而来的就是水面