由蝙蝠想到了什麼

時間 2021-08-30 09:21:03

1樓:易書科技

2023年以前,實現超視距看和超聽距聽的辦法,就是使用聲波定位器。這種儀器體積十分龐大,效能非常不穩定,很少能正常工作,即使在正常區作時,其測定的最大距離也僅為13公里。雖然13公里遠遠超出人的視距和聽距,但對於每小時能飛行幾百公里的敵機來說,13公里的距離只要4分鐘就可飛到。

在當時的條件下,4分鐘的預警時間難以實現令戰鬥機起飛進行有效的攔截。雖然,人還在存在缺陷,防空需要更為先進的定位裝置。

這時,人們想了動物中一些早已為人類所瞭解,但並未引起重視的現象,如蝙蝠仲夏之夜,萬籟俱寂,而空中卻有一隻夜蛾驚慌地逃竄,拼命地拍動雙翅,螺旋形地兜著圈子,忽然又翻起跟頭來了,這是怎麼回事?

原來,夜蛾的天敵——蝙蝠緊追而來!它拍動著灰黑色翅膀,步步緊逼,並已張開貪吃的嘴巴……

以上驚心動魄,而又耐人尋味的生物之戰,是生物物理學家們常觀察到的現象。

蝙蝠很少白天出來活動,而是在晚上能見度極差時出外覓食,它怎麼能在夜晚靈活準確地捕到食物呢?特別是當人類發現蝙的視力很差,從某種意義上說算是瞎子時,就更難想象蝙蝠靠什麼發現獵物,並準確測出獵物的方向和距離。於是,有人對蝙蝠進行了一次試驗,將蝙蝠的嗅覺和能力很弱的視覺去掉,在一間屋子裡系幾條繩子,並在繩子掛很多鈴鐺,然後讓這隻失去視光和嗅覺的蝙蝠在屋子內飛。

令人驚訝的是鈴鐺一個也沒響,蝙蝠能夠自由地在屋子裡飛行而絕碰不到任何一個障礙。

令人驚奇的是,蝙蝠的喉嚨可以發出很強的超聲波。超聲波碰到物體反射回來時,蝙蝠的大耳朵和內耳又是最佳的“天線”和“接收機”。當接收到“回聲”後,不僅能判明物體的方位和距離,還能識別物體的大小,甚至區分出是食物,還是敵人,或是不可逾越的障礙。

大家知道潛艇在水下航行有一套“聲納”系統,它是用“聲納”探測敵方**的方向和位置,從而發起攻擊。蝙幅的“回聲定位”系統,很像潛艇的“聲納”。“聲納”是英文縮寫sonar的音譯,原意就是“聲音導航和測距”。

不過,蝙幅的“聲納”是活的,比人造的“聲納”要靈敏得多,這是仿生學至今尚在研究的課題。

特別是,蝙蝠的天然“聲納”,在1秒鐘內竟能捕捉和分辨250個“回聲”(即目標),現代新型高技術的雷達,其捕捉和分辨目標(飛機)的能力,也不過如此而已。

還須說明的是,蝙蝠的天然“聲納”具有極強的抗干擾能力,即使人們設法發出的干擾噪聲比蝙蝠發出的超聲波強一二百倍,也休想幹擾蝙蝠有效地跟蹤追擊目標。這一點是現代人造“聲納”所望塵莫及的。而且,蝙蝠的天然“聲納”最多也不過幾克重,它的小巧玲瓏程度,更使上百千克重的“聲納”或更重的“雷達”設計者們瞠目結舌。

正因為蝙蝠具有天然“聲納”,所以它在漆黑之夜,一秒鐘能捕食十幾只蚊蟲。為此,有人稱蝙蝠是“活聲納”。也有人稱它為“活雷達”。

生物學家對這一奇怪的現象進行了研究,發現蝙蝠在飛行時,斷斷續續地發出一種人耳聽不到的叫聲,這種叫聲的頻率為2.5萬—7萬赫茲,而人能聽到的聲音訊率為16萬~20萬赫茲。蝙幅平均每秒鐘叫30次左右,在接近目標時,每秒鐘叫60次左右,發出的聲波碰到周圍的物體反射回來。

蝙蝠的聽覺非常靈敏,能夠準確地接收到反射回來的聲波,並判斷出反射聲波物體的距離、方向和性質。這樣,蝙蝠既能準確地撲向獵物,又能避開各種障……蝠這種搜尋、探測和定位遠方目標的本領,給人們以深深的啟示。顯然,只要找到一種具有速度快、能反射的物質,並製造出能發射和接收這種物質的裝置,就可以實現超視距看和超聽距聽。

人們發現光波、聲波都具有這種屬性,只是由於要達到的探測距離遠在千里之遙,聲波速度太慢,不僅誤差大,而且反應慢。飛機的飛行速度已可超過兩倍以上的音速,這就是說聲波還未反射回來,飛機已到達了。而光波速度雖然很快,比音速快80多萬倍,但光波受氣象條件影響大,在遇到雲霧時,就會止步不前,這兩種波都滿足不了需要。

後來,人們發現無線電波是最為理想的物質,這種波既有光波的速度,又能穿雲破霧,並能被目標反射回來。無線電波在空氣中的速度與光速相同,並不受氣候的影響,具有穿雲破霧的本領,可以在惡劣氣候條件下或夜間工作。只要研製出一種能發射和接收無線電波的裝置,就可以實現超視距看、超視距聽了。

對於這種靠發射和接收無線電波來完成搜尋和探測任務的裝置,英文名字叫radar,原意的全名為“無線電測向和測距”,譯成中文就是雷達。

2023年,英國物理學家麥克斯韋提出了光和無線電波都是電磁波的理論,並得出了無線電波的傳播速度與光速相同的結論。

2023年,德國物理學家赫茲採用電極的火花振盪放電得到了無線電波,並證明了麥克斯韋的理論,但赫茲認為,無線電波無法用於通訊和其他方面。

2023年,**的波波夫發明了可接收無線電波的儀器,並發現艦隻對無線電波的反射現象,這就預示著可以利用無線電波來發現人類肉眼看不到的目標。

2023年,德國發明家克里斯蒂安·許爾斯邁爾在實驗室進行原始雷達的試驗,並取得了雷達設計的專利,但這種原始的雷達探測距離還達不到聲波定位器作用的距離。

這樣,雖然雷達沒能趕在第一次世界大戰結束之前取得實際的應用成就,但人類對雷達的需要和科學技術的進步,已使人類離製造出真正意義上的雷達只有一步之遙了。

科學家從蝙蝠身上得到了什麼啟示?

2樓:匿名使用者

蝙蝠;蝙蝠發出的是超音波,雷達發出的是無線電波課文主要講科學家通過反覆試驗,揭開了蝙蝠能在夜間飛行的原因,並從中受到啟發,給飛機裝上雷達,解決了飛機在夜間安全飛行的問題

3樓:狼圖騰剎那光輝

科學家通過對海豚游泳阻力小的研究發明了能提高魚雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠運動形式的無輪汽車(跳躍機)等。

前蘇聯科學院動物研究所的科學家在企鵝的啟示下,他們設計了一種新型汽車--“企鵝”牌極地越野汽車。這種汽車的寬闊的底部,直接貼在雪面上,用輪勺撐動著前進,行駛速度可達50公里/小時。

科學家模仿昆蟲製造了太空機器人。

澳大利亞國立大學的一個科研小組通過對幾種昆蟲的研究,已經研製出一個小型的導航和飛行控制裝置。這種裝置可以用來裝備用於火星考察的小型飛行器。

英國科學家在仿生學啟發下,正在研製一種可以靠尾鰭擺動以s形“游水”的潛艇新式潛艇的主要創新之處是使用了被稱為“象鼻致動器”的裝置。“象鼻”由一組用薄而柔軟的材料做成的軟管組成,模仿肌肉活動,推動鰭的運動。這種新式潛艇可以充當水底掃雷潛艇,用來對付最輕微的聲響或干擾便會引爆的水雷。

令人討厭的蒼蠅,與巨集偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯絡起來了。

蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭汙穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有“鼻子”,它靠什麼來充當嗅覺的呢?

原來,蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分佈在頭部的一對觸角上。

每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入“鼻孔”,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈衝,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈衝的不同,就可區別出不同氣味的物質。

因此,蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。

仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引匯出來的神經電訊號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的訊號,便能發出警報。

這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙裡,用來檢測艙內氣體的成分。

這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。

從螢火蟲到人工冷光

自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢?

人類又把目光投向了大自然。

在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為“冷光”。

在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。

因此,生物光是一種人類理想的光。

科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。

在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。

早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、atp(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿**性瓦斯的礦井中當閃光燈。

由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。

現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。

電魚與伏特電池

自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為“電魚”。

各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。

電魚放電的奧祕究竟在**?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。

由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈稜形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於**與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。

電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做“人造電器官”。

對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。

水母的順風耳

“燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關係。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地遊向大海,就預示著風暴即將來臨。

水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋裡了。這種低等動物有**風暴的本能,每當風暴來臨前,它就遊向大海避難去了。

仿生學舉15個例子:

1。由令人討厭的蒼蠅,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經被安裝在宇宙飛船的座艙裡,用來檢測艙內氣體的成分。

2。從螢火蟲到人工冷光;

3。電魚與伏特電池;

4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴**儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。

5。人們根據蛙眼的視覺原理,已研製成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣,準確無誤地識別出特定形狀的物體。

把電子蛙眼裝入雷達系統後,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。

電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。

6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電杆、臺階、橋上的人等。如今,有類似作用的“超聲眼鏡”也已製成。

7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。

8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿製了人力增強器——步行機。

9。現代起重機的掛鉤起源於許多動物的爪子。

10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。

11。船槳模仿的是魚的鰭。

12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。

13。蒼耳屬植物獲取靈感發明瞭尼龍搭扣。

14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們製造氣味探測儀提供了思路。

15。壁虎腳趾對製造能反覆使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。

16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。

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