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动物与仿生PPT


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蝙蝠的回声定位与雷达
雷达是一种神奇的电学器具,它由电
磁波往返时间,测得阻波物的距离。
假如你问雷达是谁发明的?在芬克的
雷达机械中说,“雷达的发明,不能
专归于某一位科学家,乃是许多无线
电学工程师努力研究,加以调准而
成。”在战时,美国麻省理工学院由
五百位科学家和工程师致力于雷达的
研究。希奇得很,在自然界中,你找
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乌龟的龟壳与薄壳建筑
龟壳的背甲呈拱形,跨度大,包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度,但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它 进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点:用料少,跨度大, 坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形,举世闻名的悉尼歌剧院 则像一组泊港的群帆。
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蜻蜓与飞机
蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流, 并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力 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72公里/小时。此外,蜻蜓的飞行行为简单, 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。
达,不过是声波代替电磁波,在原
理方面完全相仿。从蝙蝠口中发出
一种频率极高的声波,超过人类听
觉范围以外,二位科学家藉着一种
特制的电力设备,在蝙蝠飞行时,
将它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近,而向 适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像雷达一样,都是相距极短的时间而且极有 规则,并且每只蝙蝠,有其固有的频率,这样蝙蝠可分清自己的声音,不至 发生扰乱。因这缘故,蝙蝠飞行之时,常是张口,假如你将它口紧闭,它便 失去指挥作用,假如堵上它的耳朵,便要撞到墙上,无法飞行。这个有趣的 实验,道破了它的秘密。
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萤火虫与冷光
萤火虫在夏日夜晚发出 的光,和太阳光以及各种电灯
萤火虫的特异功能是由它体内所
含的荧光素、荧光酶和氧气相互作 用的结果。荧光酶是一种蛋白质, 是发光的催化剂,在它的作用下,荧 光素便和氧气发生化学反应,形成氧 化荧光素。在这个化学反应中,每氧 化一个荧光素分子就发射出一个光 子, 因而反应所产生的能量全部以
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蜘蛛与装甲
蜘蛛和装甲 生物学家发现 蜘蛛丝的强度相当于同等体 积的钢丝的5倍。受此启发, 英国剑桥一所技术公司试制 成犹如蜘蛛丝一样的高强度 纤维。用这种纤维做成的复 合材料可以用来做防弹衣、 防弹车、坦克装甲车等结构 材料。
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鲸鱼与潜艇
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应” 当代核潜艇能长时间潜航于冰海之 下,但若在冰下发射导弹,则必须破冰上浮,这就碰到了力学 上的难题。潜舴专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得 到启迪,在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面,作了 加强材料力度和外形仿鲸背处理,果然取得了破冰时的“鲸背 效应”。
为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率, 一个四叶驱动,用远程水平仪控制的机动机翼(翅膀)模型 被研制,并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。
第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀,达到每秒 18次震动的速度。有特色的是,这个模型采用了可变可调 节前后两对机翼之间相差的装置。
研究的中心和长远目标,是要研究使用“翅膀”驱动的飞机 表现,以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。
随着仿生的广泛 应用,必将更有力地推动 科学技术的发展,造福于 人类。
长颈鹿与宇航员失重现象
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 会使长颈鹿患脑溢血而死亡呢?这与长 颈鹿身体的结构有关。首先,长颈鹿血 管周围的肌肉非常发达,能压缩血管, 控制血流量;同时长颈鹿腿部及全身的 皮肤和筋膜绷得很紧,利于下肢的血液 向上回流。科学家由此受到启示,在训 练宇航员对,设置一种特殊器械,让宇 航员利用这种器械每天锻炼几小时,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,从而对血管 产生一定的压力,使宇航员的血压保持 正常。同时,宇航员腹部以下部位是套 入抽去空气的密封装置中的,这样可以 减小宇航员腿部的血压,利于身体上部 的血液向下肢输送。
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青蛙与电子眼
目录
1.长颈鹿与宇航员 2.萤火虫与冷光 3.蝙蝠的回声定位与雷达 4.乌龟的龟壳与薄壳建筑 5.蜻蜓与飞机 6.蜘蛛与装甲 7.鲸鱼与潜艇 8.青蛙与电子眼 9.蝴蝶与人造卫星 10.鲨鱼与游泳衣
关于仿生
仿生是模仿生物系统的功 能和行为,来建造技术系 统的一种科学方法。它打 破了生物和机器的界限, 将各种不同的系统沟通起 来。
得到神为某种动物所豫备的雷达。在
一九四七年一月号的英国奋勉杂志上,
科学家B. Vesey-Fitzgerald 发表了一
篇很有趣的文本,给我们解释蝙蝠在 黑暗中如何指导自己飞行,不论如何 黑暗,如何狭窄的地方,绝不碰壁, 这是什么原因?
它怎样知道前面有无障碍呢?关于 这事有两位美国生物学家格利芬和 迦朗包在一九四○年已经证明,蝙 蝠能够避免碰撞,是藉一种天然雷
核聚变来发光,电灯依靠电流 对灯丝的加热,它们在发光时 都伴随有热的产生。因此,人 们称它们为热光源。萤火虫 发出的光,是由体内一系列特 殊的化学反应引起的。由于 它能100%地将能量转换成光 能, 不产生热量,人们就称它 为冷光源。
自然界能够发光的生物还有许多
种。有一种甲壳动物, 在它们由干 燥变成潮湿的时候,能发出辉光。第 二次世界大战中,日本兵感到较强的 灯光危险性太大,就在干燥的甲壳动 物上吐一点儿唾沫,它发出的光足够 阅读一张地图。生物发光的强度虽 然不大,但却给人们研究新光源以重 要启示。
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