一、电鱼与伏特电池
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”。
各种电鱼放电的本领各不相同。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。
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明的盘形细胞构成的。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肉中;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500万块电板。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。
二、萤火虫到人工冷光
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,而且这些动物发出的光都不产生热,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,光的强度也比较高。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分组成。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,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。
三、苍蝇到气体分析器
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的呢? 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细胞。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同,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经上,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在宇宙飞船的座舱里,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,还可用来改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。
四、蝙蝠和雷达
擅长夜晚飞行的蝙蝠拥有独特的回声定位,通过发出高音频声音并能根据回声判断物体的方位及距离,这种能力可帮助蝙蝠准确判断猎物所在位置,并有效地绕开树、建筑物等。
依据这一理论,蝙蝠的回声定位功能在近距离飞行中可以游刃有余,但对于远距离飞行而言,视力非常差的蝙蝠似乎无计可施了。
霍兰德的这项研究推翻了这种错误观点,他指出蝙蝠具有磁性感官能力,在飞行数千英里之远仍能准确判断方向,蝙蝠的这种能力与某些鸟类有相同之处,除依据磁场,它们还都使用日落作为方向标识器。
这将有助于调整动物体内的“指南针”,并有效地区分磁场北向和真实北向之间的差别。
霍兰德说,“通过这项研究进一步增强了我们对蝙蝠深入研究的兴趣,原本我们认为蝙蝠只有最远飞行几英里,但实际看来,它们与候鸟具有相同之处,可以飞行至数千英里。”
在研究实验中,霍兰德带领研究小组在大褐蝙蝠身体上装配了微型无线电发射器,然后从它们栖息地向北12英里处释放。
在蝙蝠返回栖息地的过程中,研究小组通过小型飞机在蝙蝠上空进行监控。一些未受人造磁场干扰的蝙蝠基于日落磁场识别能力向南飞行,很轻易地就找到了自己的老家。
然而在此之前,研究小组释放了两组蝙蝠,分别处于地球磁场北极顺时针90°和逆时针90°的人造磁场环境中。处于逆时针90°磁场飞行的蝙蝠一直向西飞行。
另一组受顺时针90°磁场的干扰,却一直向东飞行,但这些差点迷失方向的蝙蝠通过日落作为方向标识器,最终意识到飞行方向错误,改变飞行方向顺利地返回栖息地。
科学家们已知道自然界的动物主要分为两种类型磁性感官定位:一种是简单的“指南针”感官功能,这是基于体内磁铁矿颗粒与外界环境发生的反应;另一种则是某些鸟类能根据处于地球磁场不同位置所“看到”的磁场光强度,来准确判断飞行方向。
五、甲虫和防弹武器
气步甲炮虫自卫时,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。
科学家将其解剖后发现甲虫体内有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。
美国军事专家受甲虫喷 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,炮弹发射后隔膜破裂。
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、储存、运输,安全且不易失效。
受到动物的启发而发明的东西:
一、乌贼与侧壁气垫船
鱿鱼是一种神奇的海洋动物,被称为海洋火箭。它的最高时速可达150公里,这主要取决于它的结构简单和安全可靠的高速水射流推进器。它被模仿成一个侧壁气垫船,带有喷水推进器,每秒可达40米,能够在低于一米深的浅水中加速。
二、鱼儿与船
鱼有在水中自由移动的能力。人们模仿鱼的形状造船,用桨模仿鱼鳍。传说早在大禹时代,中国古代劳动人民就看到鱼用尾巴在水里荡来荡去,把木桨放在船尾。经过反复的观察、模仿和实践,船舶逐渐变为橹和舵,提高了船舶的动力,掌握了船舶的转向手段。这样,即使在翻滚的河流中,人们也能使船只自由航行。
三、蝴蝶与卫星控温系统
当人造地球卫星在太空中受到强烈的阳光照射时,卫星上的各种精密仪器仪表很容易“烘烤”或“冻结”。蝴蝶的体表上长出一层薄薄的鳞片,用来调节体温。科学家们仿照蝴蝶翅膀的结构,为人造卫星的太阳能表面设计加载了一种和蝴蝶鳞片相仿的控温系统。
四、苍蝇与照相机
美国斯坦福大学电脑科学系华人博士生吴义仁,与几名研究员创制出手提“光场相机”又称蝇眼照相机。苍蝇的每只小眼能独立成像,并能迅速地分辨物体的形状和大小。科学家模仿苍蝇的复眼,制成了“蝇眼”照相机。
这种照相机的镜头由1329块小透镜组成。它还可以拍摄电影的特技画面,使电影产生神奇的效果。昆虫的复眼是由千万个小眼组成的,由于小眼之间的相互抑制,使眼具有突出影像的边框、增大清晰度的功能。
五、长颈鹿与宇航员
长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部,是由于长颈鹿的血压很高。据测定,长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会导致长颈鹿患脑溢血而死亡呢?这和长颈鹿身体的结构有关。长颈鹿血管周围的肌肉非常发达,能压缩血管,控制血流量。
科学家由此受到启示,在训练宇航员对,设置特殊器械,让宇航员利用这种器械每天锻炼,以防止宇航员血管周围肌肉退化;在宇宙飞船升空时,科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理,研制了飞行服“抗荷服”。抗荷服上安有充气装置,随着飞船速度的增高,抗荷服可以充入一定量的气体。
受到动物的启发而发明的东西属于仿生学范畴。这些东西比比皆是。
蝙蝠的超声定位,启发了人们发明了超声雷达,用于搜索和定位空中的飞行物。
蜻蜓的定位飞行,启发了人们发明了直升飞机,使直升飞机能够垂直降落和空中悬停。
鲸鱼、鲨鱼的体型,启发了人们发明了潜艇,使潜艇在水中快速行进和承受深海的巨大压力而不漏水。
猫头鹰的眼睛,启发了人们发明了夜视仪,使漆黑的夜晚,人也能快速行动。
蛇的远红外感知功能,启发了人们发明了红外温度计、远红外成像设备,使人们不直接接触温度体也能知道其温度高低,夜间鉴别各种动物。
鸟类的飞行,启发了人们发明了飞机,使人类能够借助飞机而飞行。
多种舰船的船体也是模仿鱼类身体的流线型而设计,使船体在水中尽量减小阻力。
鸽子有地磁定位功能,在茫茫天空中不迷路。启发了人们发明了飞机的导航仪。
鲸鱼在大海中生活,靠的是超低声音定位和联络,启发了人们发明了声纳系统,用于潜艇的引航和通信等等。
在医药领域里,也有许许多多的仿生学的药剂,也是受动物们的毒素组织和攻击启发,发明了各种仿生毒素和抗毒剂。用于战争或抢救病人。