大自然的启示

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千问 | 2010-3-31 19:31:11 | 显示全部楼层
大自然的启示 日本的科学家从蚂蚁觅食中受到了启示。他们开发出一种大规模集成电路,模拟觅食的蚂蚁齐心合力搬运食物,从距离最近的“食物源”顺次向“蚁巢”源源不断地输送信息。根据这种新的信息处理方法,人们很可能开发出一种新型计算模式的计算机呢。人类从大自然中得到的启示还有很多。比如:模仿鸡蛋外形的特点,建造了拱形桥;受鸟儿飞翔的启示,发明了飞机;从茅草划破手指,发明了锯……大自然中林林总总的动物、植物以各自独特的生存方式,向我们暗示着一个个自然的奥秘。大自然给我们的启示有很多,其中有一种蛇叫响尾蛇,它有一种红外线的眼睛,人类通过这种蛇的眼睛,研制出一种有着响尾蛇一样眼睛的导弹,它的名字叫响尾蛇导弹,因为人类是仿照响尾蛇眼睛制造出来的,所以命名为响尾蛇导弹。 响尾蛇导弹能和响尾蛇一样,能用"热眼"准确无误的跟踪敌人,直至把敌人摧毁.因为响尾蛇的"热眼"是根据敌人的温度来判断敌人的位置,飞机,战舰,坦克等这些东西,响尾蛇导弹都能准确无误的命中.法国研制的机动式低空近程全天候地空导弹。主要用于对付低空、超低空战斗机、武装直升机,以保卫机场、港口要地,也可用于对付巡航导弹。导弹长2.94米 ,弹径0.156米,弹重84.5千克,发射筒长3.02米。战斗部采用破片聚焦型,总重13.9千克,杀伤半径6~8米。动力装置为单级固体火箭发动机,制导方式为全程无线电指令制导,作战半径500~8500米,作战高度50~3000米。导弹具有半越野机动能力。五彩的蝴蝶锦色粲然,如重月纹凤蝶,褐脉金斑蝶等,尤其是萤光翼凤蝶,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。在二战期间,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情况,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,但列宁格勒的军事基地仍安然无惹,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。蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成,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’完全相同,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、重量轻、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分敏感的偏振片,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。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,井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。蜻蜒依靠加重的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。 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。现代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出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,更易于搜索到目标,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预处理工作。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。日本利用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。从圆明园湖水的防渗漏到“人定胜天”
最近,圆明园巨资"铺湖底",遭到众多环保专家、环保人士的明确反对。圆明园管理处的理由是为了防止湖水渗漏、节省水费。而环保专家的反对理由主要有:一、防渗工程将阻隔100多公顷向地下输送雨水的最后通道,100多公顷湿地的生态环境将被破坏,失去北京海淀区最大一块天然湿地;二、圆明园湖是一个生态系统,水底大量微生物默默担负着吸入二氧化碳垃圾鱼类粪便,再造出氧气有机物,使湖水清澈鱼类欢游;现在蒙上塑料布将是微生物活动受损,整个生态系统必将崩溃,最终整个湖成为死水一潭, 河水全面发臭,河面死鱼翻肚,生态浩劫;三、封堵石缝的做法完全破坏了原有的自然生态平衡,岸边的植物以后也只能完全依赖人工浇灌,反倒不利于节水。
一提到环保,马上让我们想到环保和经济发展的对立,哪怕是暂时的对立也是对立。具体到“圆明园湖水的防渗漏”工程,谁是谁非相信时间是公正的,若干年后自有公论。最新看到的报道,整个湖底防渗工程约需三千多万的工程费,而每年可以节约的水费是一千多万,三年即可以收回成本。看似简单的经济帐,却没有考虑生态成本。生态成本可能和圆明园本身没有多大关系,但却关系到周围的居民,大点关系到整个地区的生态环境,再大点关系到整个城市、整个国家、以至于整个地球的生态环境。亚马逊热带雨林,被称为地球的肺,如果肺不能有效、正常地工作,来维护整个地球的生态平衡,后果是灾难性的。 人类,能做的事“太多”了,上天入地不在话下。人类总有征服大自然的内心冲动,总认为“人定胜天”,但结果多是受到大自然的惩罚。三门峡水电站是一个极端的例子;文革时全国性的的人造梯田,围水造田,毁林种粮。这样违背大自然规律的事例不胜玫举。最后的结果是什么?造成水土流失,生态严重失衡。人类不得不退耕还林,荒漠上种树、种草,维护大自然的简单平衡,求得人类自身的生存。 随着人类科技的进步和发展,人类能够影响大自然的手段越来越多。降水少?人工增雨。也许有一天,人类可以控制天空上云彩的走向,哪里需要雨水了,就把云彩调动到哪里,比在地面上“南水北调”方便多了、成本也少多了。如果真有那么一天,将对人类的生存构成更大的威胁。 人类的最大敌人其实是人类自己。为了多产蛋、多产肉,更多满足人类的口腹之欲,人类“发明”了“肉食鸡”、“填鸭”,“瘦肉精”喂出来的瘦肉猪,肉是多吃了,可吃进去的肉给人类带来了什么?违背自然规律,必然要受到自然规律的惩罚。这种惩罚也许几十年,百年以后才会显现。 最后毁灭人类的,只能是人类自己。还是善待自然环境,对大自然多存点敬畏之心吧,求得和谐、平衡。善待大自然,就是善待我们人类自己。
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千问 | 2010-3-31 19:31:11 | 显示全部楼层
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”,一次就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”是一种新型光学元件,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?模仿这些本领,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。 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。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·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖,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】 人类仿生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,进行着人工发明。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,而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。 首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题,将研究所得的生物资料予以简化,吸收对技术要求有益的内容,取消与生产技术要求无关的因素,得到一个生物模型;第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析,并使其内在的联系抽象化,用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型;最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中,不仅仅是简单的仿生,更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复,才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果,使最终建成的机器设备将与生物原型不同,在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多方面都超过了鸟类的飞行能力,电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能力迅速而可靠。 仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点,就是整体性。从仿生学的整体来看,它把生物看成是一个能与内外环境进行联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我复制,它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量,才能进行生长和繁殖;生物从环境中接受信息,不断地调整和综合,才能适应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一,局部与整体的协调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激(输入信息)之间的定量关系,即着重于数量关系的统一性,才能进行模拟。为达到此目的,采用任何局部的方法都不能获得满意的效果。因此,仿生学的研究方法必须着重于整体。 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的,因为生物界本身就包含着成千上万的种类,它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问世以来的二十几年内,仿生学的研究得到迅速的发展,且取得了很大的成果。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展,学科分支繁多,在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如:航海部门对水生动物运动的流体力学的研究;航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航;工程建筑对生物力学的模拟;无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟;计算机技术对于脑的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课题有:“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究,即动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来,近些年又出现新的分支,如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。 总之,仿生学的研究内容,从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代,仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来,同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它学科的渗透和影响下,使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变;在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养,加速科学的发展。闪此,仿生学的科研显示出无穷的生命力,它的发展和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。 【仿生学的研究范围】 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,又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构,把人工海豚皮包敷在船舰外壳上,可减少航行揣流,提高航速;
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千问 | 2010-3-31 19:31:11 | 显示全部楼层
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 蜻蜓飞机蝙蝠——雷达青蛙——电子蛙眼
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千问 | 2010-3-31 19:31:11 | 显示全部楼层
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。
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千问 | 2010-3-31 19:31:11 | 显示全部楼层
蜻蜓-直升飞机
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