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人類從大自然中獲得了哪些啟示?

電魚和伏特電池

自然界很多生物都可以發電,光是魚類就有500多種。人們把這些能放電的魚稱為“電魚”。

各種電魚都有不同的放電技巧。電鰩、電鯰和電鰻的放電能力最強。中型魚雷能產生70伏左右的電壓,而非洲魚雷能產生高達220伏的電壓;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓。有壹種南美電鰻能產生高達880伏的電壓,被稱為電擊冠軍。據說它能殺死像馬這樣的大動物。

電魚放電的奧秘在哪裏?經過對電魚的解剖研究,終於發現電魚體內有壹個奇怪的發電器官。這些發電機由許多半透明的盤狀電池組成,稱為電板或電盤。由於電魚的種類不同,發生器的電板形狀、位置、數量也不同。電鰻的發生器呈棱形,位於尾棘兩側的肌肉中;魚雷的發生器形狀像壹個扁腎,排列在身體中線兩側,有200萬個電板。電鯰的發生器起源於某種腺體,位於皮膚和肌肉之間,大約有500萬個電板。單個極板產生的電壓很弱,但是因為極板多,產生的電壓就很大。

電魚的非凡技能引起了人們極大的興趣。19世紀初,意大利物理學家伏特設計了世界上最早的基於電魚發電器官的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電機設計的,所以被稱為“人造電官”電魚的研究也給了人們這樣的啟示:如果能成功模仿電魚的發電器官,那麽就能很好地解決艦船和潛艇的動力問題。

水母迎風的耳朵

"燕子低飛到雨前,蟬兒歌唱,天空在雨中放晴."生物的行為與天氣的變化有關。沿岸的漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母分批遊向大海,預示著暴風雨即將來臨。

水母又稱水母,是壹種古老的腔腸動物,早在5億年前就漂浮在海洋中。這種低等動物有預知風暴的本能,每次風暴預警前都會遊到海裏避難。

原來,在藍色的海洋中,空氣與波浪摩擦產生的次聲波(頻率為每秒8-13次)永遠是風暴預警的前奏。這種次聲波人耳是聽不到的,但是小水母非常敏感。仿生學發現水母的耳朵腔內有壹個細柄,柄上有壹個小球,球內有壹個小聽覺石。當暴風雨前的次聲撞擊到水母耳朵裏的聽覺石時,聽覺石刺激球壁上的神經感受器,於是水母聽到了即將到來的暴風雨的隆隆聲。

仿生學模仿水母耳朵的結構和功能,為水母耳朵設計了風暴預測器,準確模擬了水母感受次聲的器官。這種儀器安裝在船的前甲板上,當它接收到風暴的次聲波時,可以使旋轉360°的喇叭自動停止旋轉,它所指的方向就是風暴的方向。指示器上的讀數可以顯示風暴的強度。這種預報員可以提前15小時預報風暴,對航行和漁業安全具有重要意義。

技能訓練長頸鹿和宇航員的失重

長頸鹿之所以能通過長長的脖子把血液輸送到頭部,是因為長頸鹿有高血壓。據測量,長頸鹿的血壓比人類正常血壓高兩倍。為什麽這麽高的血壓不會讓長頸鹿腦出血而死?這和長頸鹿的身體結構有關。首先,長頸鹿血管周圍的肌肉非常發達,可以壓迫血管,控制血流;同時,長頸鹿腿部和全身的皮膚和筋膜都很緊繃,有利於下肢血液向上回流。受此啟發,科學家們設置了壹種特殊的儀器來訓練宇航員,讓宇航員每天使用這種儀器鍛煉幾個小時,以防止宇航員周圍的肌肉退化;飛船發射時,科學家根據長頸鹿可以利用緊繃的皮膚控制血管壓力的原理,研制出了壹種飛行服——“抗荷服”。抗荷服配有充氣裝置。隨著飛船速度的增加,抗荷服可以充入壹定量的氣體,從而對血管產生壹定的壓力,保持航天員的血壓正常。同時,航天員腹部下部套有排除空氣的密封裝置,可以降低航天員腿部的血壓,便於血液從身體上部輸送到下肢。

龜殼薄殼建築

龜甲的背甲是拱形的,跨度很大,包含很多力學原理。雖然只有2毫米厚,但用錘子很難打碎。建築師模仿它設計薄殼建築。這種建築有很多優點:用料少,跨度大,經久耐用。薄殼建築並不都是拱形的,舉世聞名的悉尼歌劇院就像停泊在港灣裏的壹組風帆。

-結構構件

對於截面積相同的構件,將材料放在離中性軸盡可能遠的地方,是壹種有效的截面形狀。有趣的是,這個結論也反映在自然界許多動植物的組織中。例如,許多能夠抵禦強風的植物的莖是中空截面的管狀結構。支撐人承重和運動的骨骼,其橫截面周圍有致密的骨質,而柔軟的骨髓則充滿了空腔。建築結構中常用的空心樓板、箱梁、工字鋼板梁、折板結構、空間薄壁結構都是基於這個結論。

斑馬

斑馬生活在非洲大陸,外表和普通的馬沒什麽區別。它們身上的條紋是為了適應生活環境而衍生出來的保護色。在所有的斑馬中,斑馬是最大最漂亮的。它的肩高是140-160 cm,耳朵又圓又大,條紋又細又多。斑馬經常遠離草原上的角馬、角馬、瞪羚、鴕鳥,以抵禦天敵。斑馬條紋在軍事上的應用是仿生學的成功範例。

1。壹個很奇怪的小型氣體分析儀,是從討厭的蒼蠅身上成功復制的。它已經被安裝在飛船的駕駛艙內,用來檢測艙內氣體的成分。

2。從螢火蟲到人工發光;

3。電魚和伏特電池;

4。水母迎風耳,模仿水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳朵風暴預報器,可以提前15小時預報風暴,對航海和漁業安全具有重要意義。

5。根據蛙眼的視覺原理,人們已經成功研制出壹種電子蛙眼。這種電子蛙眼可以像真蛙眼壹樣準確識別特定形狀的物體。在雷達系統中安裝電子蛙眼後,雷達的抗幹擾能力大大提高。這種雷達系統可以快速準確地識別特定形狀的飛機、船只和導彈。特別是可以辨別真假導彈,防止假的混淆真的。

電子蛙眼也廣泛應用於機場和交通要道。在機場,它可以監控飛機的起飛和降落,如果發現飛機即將相撞,就及時報警。在主幹道上,可以指揮車輛行駛,防止車輛碰撞。

6。根據蝙蝠超聲波定位器的原理,人們還為盲人仿制了“探路者”。這種探路者裝有超聲波發射器,盲人可以用它找到電線桿、臺階、橋上的人等。如今,類似功能的“超聲波眼鏡”也被制造出來了。

7。通過模擬藍藻不完全的光合機構,設計仿生光解裝置,獲得大量氫氣。

8。根據對人體骨骼肌系統和生物電控制的研究,復制了壹種人體力量增強器——步行機。

9。現代起重機的吊鉤起源於許多動物的爪子。

10。波紋屋頂模仿動物的鱗片。

11。槳模仿魚的鰭。

12。鋸學螳螂臂,或鋸草。

13。蒼耳屬植物受到啟發,發明了velcro。

14。嗅覺敏銳的龍蝦為人們提供了制作氣味探測器的思路。

15。壁虎腳趾為制造可重復使用的膠帶提供了令人鼓舞的前景。

16。貝類與其蛋白質生成的膠體非常強,這樣的膠體可以應用於從外科縫合到船舶修理的壹切。