仿生

仿生學的例子

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仿生學的例子

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。已經被安裝在宇宙飛船

的座艙里，用來檢測艙內氣體的成分。

2。從螢火蟲到人工冷光；

3。電魚與伏特電池；

4。水母的順風耳，仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，能提前15

小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重要意義。

5。人們根據蛙眼的視覺原理，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，準確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統后，雷達抗干擾能力大

大提高。這種雷達系統能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠

區別真假導彈，防止以假亂真。

電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場，它能監視飛機的起飛與降落，若發

現飛機將要發生碰撞，能及時發出警報。在交通要道，它能指揮車輛的行駛，防止車輛碰撞

事故的發生。

6。根據蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一

個超聲波發射器，盲人帶著它可以發現電桿、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超

聲眼鏡”也已制成。

7。模擬藍藻的不完全光合器，將設計出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。

8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究，已仿制了人力增強器——步行機。

9。現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。鋸子學的是螳螂臂，或鋸齒草。

13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。

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。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固，這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到

補船等一切事情上。

好運

生物學家通過對蛛絲的研究制造出高級絲線，抗撕斷裂降落傘與臨時吊橋用的高強度纜

索。船和潛艇來自人們對魚類和海豚的模仿。

響尾蛇導彈等就是科學家模仿蛇的“熱眼”功能和其舌上排列著一種似照相機裝置的天

然紅外線感知能力的原理，研制開發出來的現代化武器。

火箭升空利用的是水母、墨魚反沖原理。

科研人員通過研究變色龍的變色本領，為部隊研制出了不少軍事偽裝裝備。

科學家研究青蛙的眼睛，發明了電子蛙眼。

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白蟻不僅使用膠粘劑建筑它們的土堆，還可以通過頭部的小管向敵人噴射膠粘劑。于是

人們按照同樣的原理制造了工作的武器—一塊干膠炮彈。

美國空軍通過毒蛇的“熱眼”功能，研究開發出了微型熱傳感器。

我國紡織科技人員利用仿生學原理，借鑒陸地動物的皮毛結構，設計出一種KEG保溫

面料，并具有防風和導濕的功能。

根據響尾蛇的頰窩能感覺到0.001℃的溫度變化的原理，人類發明了跟蹤追擊的響尾蛇

導彈。人類還利用蛙跳的原理設計了蛤蟆夯。人類模仿警犬的高靈敏嗅覺制成了用于偵緝的

“電子警犬”。科學家根據野豬的鼻子測毒的奇特本領制成了世界上第一批防毒面具

雷達：根據蝙蝠的聲波定位原理！

潛水艇，魚換氣。流水型

直升機，根據蜻蜓形象仿的。

“電光鷹眼”一聽名字便可猜出一定是模仿老鷹的眼睛制造出來的。

攝像機啊根據蜜蜂的復眼

超聲波根據海豚的聲

參考資料：別人說的

回答者：cjd6383-初學弟子一級3-2411:21

仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

力學仿生，是研究并模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質，以及生物體各組成

部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如，建筑上模仿貝殼修造的大

跨度薄殼建筑，模仿股骨結構建造的立柱，既消除應力特別集中的區域，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構，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激素的化學結構后，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光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物

體中的能量轉換過程；

信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網絡、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。例如根據象鼻蟲視動反應制成的“自相關測速儀”可測定

飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網絡的工作原理，研制成功可增強圖像輪廓、提高

反差、從而有助于模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上，并在此基

礎上構造出新型計算機。

模仿人類學習過程，制造出一種稱為“感知機”的機器，它可以通過訓練，改變元件之間

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聯系的權重來進行學習，從而能實現模式識別。此外，它還研究與模擬體內穩態，運動控制、

動物的定向與導航等生物系統中的控制機制，以及人-機系統的仿生學方面。

某些文獻中，把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生，而把信息和控制仿生的

部分內容稱為神經仿生。

仿生學的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由于自動化向智能控制發

展的需要，另一方面是由于生物科學已發展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經科學

最大的挑戰。人工智能和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究，大腦學習

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調問題等——是仿生學研究的主

攻方面。

控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程，都

運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬件系統；而生物控制論則從控制

論的一般原理，從技術科學的理論出發，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研究方法的突出特點。其目的不在于直接

復制每一個細節，而是要理解生物系統的工作原理，以實現特定功能為中心目的。—般認為，

在仿生學研究中存在下列三個相關的方面：生物原型、數學模型和硬件模型。前者是基礎，

后者是目的，而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

由于生物系統的復雜性，搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期，而且解決實

際問題需要多學科長時間的密切協作，這是限制仿生學發展速度的主要原因。

其他生物學分支學科

生物學概述、植物學、孢粉學、動物學、微生物學、細胞生物學、分子生物學、生物分

類學、習性學、生理學、細菌學、微生物生理學、微生物遺傳學、土壤微生物學、細胞學、

細胞化學、細胞遺傳學、免疫學、胚胎學、優生學、悉生生物學、遺傳學、分子遺傳學、生

態學、仿生學、生物物理學、生物力學、生物力能學、生物聲學、生物化學、生物數學

附：部分“仿生學”實例

蒼蠅與宇宙飛船

令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯系

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，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻

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孔”，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產

生的神經電脈沖的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣

體分析儀。

仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能，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。就是把非常纖細的微電極插到蒼

蠅的嗅覺神經上，將引導出來的神經電信號經電子線路放大后，送給分析器；分析器一經發

現氣味物質的信號，便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙

內氣體的成分。

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

改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。

從螢火蟲到人工冷光

自從人類發明了電燈，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

沒有只發光不發熱的光源呢?人類又把目光投向了大自然。

在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲

和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為“冷光”。

在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1500種,它們發出的冷光的顏

色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且

發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。

科學家研究發現，螢火蟲的發光器位于腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三

部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的

作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把

化學能轉變成光能的過程。

早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很

大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發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閃光燈。由于這種光沒有電源，不會產

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。

現在，人們已能用摻和某些化學物質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生電，僅僅是魚類就有500余種。人們將這些能放電的魚，

統稱為“電魚”。

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各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩

能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電

壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊

冠軍,據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?經過對電魚的解剖研究，終于發現在電魚體內有一種奇特

的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由于電魚的種

類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形，位于尾部脊椎

兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;

電鯰的發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。單個電板產生的

電壓很微弱，但由于電板很多，產生的電壓就很大了。

電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，意大利物理學家伏特，以

電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電

器設計的,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，就預示著風暴即將來臨。

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

低等動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就游向大海避難去了。

原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波(頻率為每秒8—13次)，總

是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水

母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲

波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經感受器，于是水母就聽到了正在來臨的

風暴的隆隆聲。

仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水

母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令

旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可

告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重

要意義。