人类的“老师”—昆虫浅谈昆虫与仿生

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1、人类的“老师”一一昆虫浅谈昆虫与仿生摘要：大家知道，昆虫在几千年长期的进化后形成了独特的器官，拥有奇妙的结构，奇异的功能，本文就是根据昆虫与仿生学，讲讲昆虫的形态仿生，功能仿生，结构仿生等一系列的仿生。关键词：仿生学昆虫苍蝇萤火虫蜻蜓振动陀螺仪冷光源扑翼引言：有些昆虫是我们讨厌的动物，譬如苍蝇：有些昆虫是我们满怀憧憬的动物，譬如萤火虫：有些昆虫是我们小时候常追着玩的动物，譬如蜻蜓可你曾想过没有，这些昆虫曾启发过我们人类的大脑，引领人类开创了一个又一个的新时代！内容：一，苍蝇的形态仿生一一振动陀螺仪我们总是打不着苍蝇，因为苍蝇总是飞得又快又准确,这是为什么呢？因为苍蝇在

2、水平飞行的时候，它的平衡棒起稳定和平衡的作用。如果航向偏离了，平衡棒的振动平面的变化就被它基部的感受器所感觉，然后由神经传到脑部。苍蝇脑部分析了这个偏离的信号以后，就向一定部位的肌肉组织发出“命令”，立即纠正偏离的航向。下面我们用一张图来解释这个过程。（见图一）平衡棒的振动平面就会发生变化，由神经传到脑部2科学家依据苍蝇“平衡棒”的原理，研制出精巧的振动陀螺仪（图二），飞机和其他航天器装上它，就能够避免危险的螺旋飞行，从而保障飞机和人的安全，提高飞行器的质量。下面我们来介绍振动陀螺仪是如何工作的？它的主要部件像只音叉（如图三），是通过一个中柱固定在基座（图四）上的。装

3、在音叉两臂四周的电磁铁（图四）使音叉产生固定振幅和频率的振动，就像苍蝇振翅的振动那样。当飞机、舰艇或火箭偏离正确航向时，音叉基座和中柱会发生旋转，中柱上的弹性杆就会将这一振动转变成一定的电信号，传给转向舵，于是，航向便被纠正了。图3（上图为振动陀螺仪的主要部件，右图为音叉，可见它们的外观十分相似）1111111二，蜻蜓的结构模仿——直升机蜻蜓是无脊椎动物，昆虫纲，蜻蜓目，一般体型较大，翅长而窄，膜质，网状翅脉极为清晰。足细而弱，上有钩刺,可在空中飞行时捕捉害虫。蜻蜓形态优美被誉为“飞行的宝石”。蜻蜓的飞行能力是经过3亿多年的进化锤炼而成的，它们能作各种高难度、髙机动性

4、飞行动作，它们的翅膀产生的升力可比同样面积的飞机翅膀高10倍以上，因此，在飞行方面蜻蜒有许多值得人类借鉴的地方。下面我们看一下蜻蜓的翅膀结构：蜻蜓的翅膀（图五）主要翅脉和翅膜组成，还包括翅痣和关节。蜻蜓的翅膀仅占其体重的2%左右，翅膀的前缘和后缘呈流线型，增加了它的灵活性。（蜻蜓的前翅）（蜻蜓的后翅）图五现有的飞行器基本上都是采用固定翼或旋翼飞行方式，而自然界的飞行生物无一例外地采用扑翼飞行方式。与固定翼（图六）和旋翼（图七）飞行相比，扑翼（图八）飞行具有独特的优点，如原地或小场地起飞，极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行能耗低，它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系

5、统，可以用很小的能量进行长距离飞行，适合在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务。因此在机动性、能耗和远距离飞行方面，扑翼飞行比固定翼和旋翼色行更具有优势，这些也正是飞行器所期望具备的。图六（固定翼）图七（旋翼）图八（扑翼）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。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙，于是人们效仿蜻蜓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。三，萤火虫的模仿一一冷光源萤火虫的发光实质上就是把化学能转变成光能的过程。科学家模仿萤火虫（图九）发光的秘密。图九先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光

6、素图十后来又分离出了荧光酶，接着有用化学方法人工合成了荧光素（图十）。冷光源的发光原理就是在电场作用下，产生碰撞激发荧光材料产生发光现象。具有十分优良的光学，变闪特性。冷光源工作时不发热，避免了与热量积累相关的一系列问题。冷光源的这一特性让它广泛应用于各个领域，现在的医用内窥镜冷光源就不会出现视像暗边，提高了手术的安全性。上图为冷光源在发光三极管上的应用四.笔者的猜想猜想一：笔者认为可以在直升飞机上装上像蜻蜓一样的翅膀，把固定翼，旋翼改成扑翼的同时，保留蜻蜓原有的敏锐度。还有蜻蜓是很聪明的昆虫，若是直升机能仿生蜻蜓点水,将直升机后翼在水边降落，再起飞。将挂在直升机后翼

7、的物资准确地投放在目的地，这样加大了空投的几率，让更多的空投物资得到利用。猜想二：笔者认为可以在萤火虫的冷光源里增加不同的光色，让在地下挖煤的工人用光的不同来交流。因为挖煤的工人们比较辛苦，地下钻头声此起彼伏，很吵，若是单用交谈交流不一定听得见，笔者认为用灯光交流能大大提高效率提高效率。才想三：笔者认为可以在振动陀螺仪上加一个传感器，识别器，能根据周围环境自动更改航道，实现更安全的无人驾驶。参考文献：百度百科的关于仿生学，蜻蜓，萤火虫的资料。陆夕云.关于飞行和游动的生物力学研究.力学进展，曾理江，宋德强，郝群.昆虫运动机理的研究阴.光学技术.高福聚.