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昆蟲仿生學論文

日期: 2013-1-13 23:49:29　瀏覽: 0　來源: 學海網(wǎng)收集整理　作者: 朱佳俊

仿生學是1960年正式誕生的一門綜合的邊緣科學。它研究生物系統(tǒng)的結構性質能量轉換和信息過程，并將所獲得的知識用來改善現(xiàn)在的或創(chuàng)造暫新的機械、儀器、建筑結構和工藝過程。人們對自然資源的利用范圍越來越廣泛，特別是仿生學方面的任何成就，都來自生物的某種特征，從中得到的啟發(fā)，然后反復的研究模仿，最后創(chuàng)造出種種方便。
 仿生資源是一個取之不盡的知識寶庫，在民間、軍事方面具有廣闊前景。針對仿生學迅速發(fā)展態(tài)勢的國家目標的重大需求。中科院動物研究所成立了動物仿生學研究小組，重點開展以昆蟲的獨特器官功能為目標的仿生學研究項目。
 昆蟲仿生學，昆蟲仿生學是研究如何模仿昆蟲的結構和功能，來制造設備或物件以造福人類的一門科學。
 昆蟲是地球生物總的一個獨特群體，它們個體較小，數(shù)量龐大，占現(xiàn)存動物的75%以上。在長期的進化過程中，昆蟲發(fā)展出與其生存環(huán)境相適應的具有特殊構造和功能的器官系統(tǒng)，它們有各自的生存技巧，有些技巧連人類都自嘆不如。如：昆蟲的高度發(fā)到的極其靈敏的嗅覺感受系統(tǒng)受其啟發(fā)，通過對其具有獨特功能器官系統(tǒng)的構造的研究和模仿，有能使我們找到解決人類社會實際問題的有效方案。訪昆蟲獨特的嗅覺感系統(tǒng)，研制高靈敏生物傳感器是生物科學家仿生研究的重要目標。
 蝴蝶，有人把它稱作“昆蟲界的西施”，它利用翅膀花紋的色彩斑斕作為一種偽裝。如重月紋鳳蝶、其后翅在陽光下時而金黃，時而翠綠，有時還由紫變藍。這些五顏六色，不規(guī)則排列的花紋，圓點和線條把蝴蝶翅膀的表面分成許多很小的部分。這樣當背景是一片鮮花盛開，五彩繽紛的草地時，蝴蝶就很難被它的天敵—食蝶的動物發(fā)現(xiàn)。科學家通過了對蝴蝶的研究，為軍事、航天、生活等帶來了極大的裨益。
 在二戰(zhàn)期間，德國軍隊包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設施，畢生研究蝴蝶花紋的昆蟲學家施王維奇參照蝴蝶翅膀上花紋的色彩和構圖，將保護迷彩，變形迷彩和偽造迷彩加以綜合運用，對蘇軍機動軍事目標涂上同地域相似的多色巨大斑點，改變其外形：對固定軍事重地進行遮障布疑，并在遍障上涂染與背景相似的保護色和多色素描圖像，造成同環(huán)境一致的景象，使軍事目標的可視辯程度降低到最低點。因此，盡管德軍費盡心機，但列寧格勒的基石地仍安然無恙，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎。施萬維奇的碟翅防空迷彩。
 偽裝出色設計，蒙騙了德飛機的轟炸，成為流傳后世的佳話，他死后，人民把他的墓碑上雕刻了蝴蝶翅膀上的花紋圖案，以示紀念，根據(jù)同樣的道理，后來人們還生產(chǎn)了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷害。
 蝴蝶的體表覆蓋著一層細小的鱗片，每當氣溫上升時自動張開，減少太陽光的輻射角度和減少對陽光的熱能吸收，氣溫下降時，鱗片自動閉合，緊貼蝴蝶體表，陽光是射到鱗片上，蝴蝶便能吸收更多的熱量，這樣即使氣溫變化較大，它所處的位置有時收到陽光直射，有時處于地球陰影區(qū)域而無陽光，當受到陽光的輻射，衛(wèi)星溫度可降到零下一二度。為使衛(wèi)星內(nèi)的各種儀器，儀表不致燒毀或凍傷，設計人員設計了一種控溫系統(tǒng)，有如蝴蝶調節(jié)體溫結構一樣。控溫系統(tǒng)外形似百葉窗，每扇葉的兩面，輻射期散熱能力不同，一面很大，一面極小，百葉窗的轉動部分裝有靈敏度很高熱脹冷縮的金屬絲控制。衛(wèi)星溫度上升時，金屬絲膨脹，葉片便會張開。
 輻射散熱能力打的一面轉向太陽，便于散熱降溫：溫度下降時，金屬絲冷縮，葉片便會閉合，輻射計散熱能力小的那一面便會轉向太空，抑制散熱，起到保溫作用。
 04年，北京航空航天大學的學生利用仿生學原理制作的仿生蝴蝶翼飛機有良好的操作穩(wěn)定性和極強的觀賞性，具有很好的市場潛力。仿生學在生活中也是時常遇到。
 英國艾克賽特大學薄膜光子實驗室里的物理學家烏維西克和另外兩名同事，由于一次偶然的機遇，在幾年前開始研究一種名叫大鳳蝶的蝴蝶翅膀，這個蝴蝶的翅膀顏色本來是有黃有藍，但是在人眼里就成為閃閃發(fā)光的綠色。他們在顯微鏡觀察大鳳蝶的翅膀發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀上竟然不滿了下凹的小坑，這些小坑太小，尺度只有大約萬分之四厘米，小坑底是黃色，而坑的斜坡是藍色的。烏維西克用如下方式來解釋為什么人看來大鳳蝶的翅膀是綠色的：當光線照射到坑底時，他被反射而呈黃色，而照射到小坑一個斜坡的光線也被反射，但此反射光線又入射到另一斜坡再反射，此時，由于小坑太小，人眼無法將從坑底反射的黃色光與周圍兩次反射的藍色光區(qū)分開來，從而感覺它是綠色。另外，他改變了光的極化方向，但是蜜蜂等昆蟲卻能。
 根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，他們目前正在研究的結構，在紙幣或信用卡上應用。受到在中美洲和南美洲雨林發(fā)現(xiàn)的藍色大閃蝶的啟發(fā)，歐洲科學家們經(jīng)過數(shù)年研究，即將正式推出仿生光子化妝品。它能讓光線在我們的嘴唇和睫毛上大變戲法，就像光線讓蝴蝶翅膀和孔雀羽毛流光異彩一樣！
 英國人發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀由數(shù)層僅有3至四微米厚的鱗片組成，這些鱗片就想微小的屋瓦一樣交替，每個鱗片的構造也很復雜。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體，，光子晶體能捕捉光線，僅讓某種波長的光線透過。
 此研究成果很快引起了法國化妝品業(yè)巨頭歐萊雅的興趣，歐萊雅研究人員由此開發(fā)出人工合成光子晶體并將之運用于化妝品的技術，研制出光子唇彩光子睫毛膏，光子眼影和光子指甲油等等其樣品在陽光下熠熠生輝，效果驚人。
 昆蟲中還有大量奇特的美妙的東西，需要人去學習。比如，藍蝴蝶翅膀的反光卻是廣角的，可以在很大范圍內(nèi)看到。這種奇妙性能源于那些羽狀物的分支并非完全位于同一平面內(nèi)，而各具略為不同的傾斜角，使反光的視角大為增加。藍蝴蝶的翅膀還具有顏色選擇性。其羽狀物的尺度恰好能增加藍光的反射，而且其分支越多，反光就越強。
 目前人們正在研究藍蝶的反光機理，想仿造應有。比如改善公路上的路標，改善電腦的液晶顯示器。軍事們感興趣的是仿藍蝶翅膀的反光結構，將用于可隨環(huán)境變換色彩的新型迷彩偽裝；服裝公司則設想仿藍蝶翅膀做出的具有特殊光性能的衣料，將使時裝展示臺上更加異彩繽紛。
 仿生學不光光只訪蝴蝶，其他存在的昆蟲也是有的很大的價值。蜻蜓通過翅膀振動可產(chǎn)生不同與周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側飛行，其向前飛行速度可達72km/h。此外，蜻蜓的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停的拍打，科學家據(jù)此結構基礎成功研制了直升飛機。飛機在高速飛行時，常會引起劇烈振動，甚至有時會折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時安然無恙，于是人們仿效蜻蜓在飛機的兩翼加上了平衡中錘，解決了因高速飛行而引起震動這個令人棘手的問題。
 昆蟲在億萬年的進化過程中，隨著環(huán)境的變遷而逐漸進化，都在不同的程度的發(fā)展著各自的生存本領。隨著社會的發(fā)展，人們對昆蟲的各種生命活動掌握的越來越多。越來越意識到昆蟲對人類的重要性。我深信我們?nèi)祟愡@樣一如既往的研究昆蟲、學習昆蟲，我們的生活會越來越精彩，越來越美妙！
參考文獻：
1、崔蓉蓉、唐虹、盧陽，2003年3月， 服裝設計與仿生學，南通工學院 紡織服務系
2、彭子模，再談仿生學的應用前景，《新疆師范大學學報(自然科學版)》 2001年01期

  本文關鍵詞：仿生學論文，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。