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人类的“老师”—昆虫浅谈昆虫与仿生 第 PAGE \* Arabic \* MERGEFORMAT 12 页第 PAGE \* Arabic \* MERGEFORMAT 12 页 人类的“老师”——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——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） 上图为图一 上图为图一 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。 图二 图二 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） 电磁铁使音叉产生固定振幅和频率的振动基座 电磁铁使音叉产生固定振幅和频率的振动 基座 图四 图四 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、高机动性飞行动作，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——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素 图十 后来又分离出了荧光