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发布时间：2023-12-18 17:40:53 来源：文档文库

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 仿生学的应用
作者：王晓红
来源：《发明与创新(学生版》2011年第06期
蝙蝠的启示
有人喜欢用“安静”或“万籁无声”之类的字眼，来形容夜。
谁知在那样的夜里，也还有爬虫四处觅食、求偶；还有猫头鹰追捕偷吃庄稼的田鼠；或有虎啸、狼嚎、蛙鸣……
在夜里，人们总会见到扑拍着手翼的蝙蝠从头顶飞过，看它们飞得那么匆忙，正是在捕捉嗡嗡成声的蚊蚋和夜蛾，蝙蝠是一种视力非常弱的哺乳动物，它们怎么看见，怎么能一个个地逮住那些飞翔着的小虫? 近年来有人做过实验，蝙蝠机体中优异的喉咙器官，能发出超声波的信号。它们就凭着这种信号，去发现正在飞翔的小虫。而这种信号遇到了要捕食的小虫或别的什么物体，一般都会有回波信号(这也叫超声回波信号，接着它们就用自己优异的耳朵，来接收这种回波信号。与此同时，还能准确地判断这些目标与自己所在的方位和距离，并继续奋飞而去，经常以每分钟平均俘获数十个小虫的高速率，坚持整夜地捕捉。
另外一些种类的蝙蝠不是在场院的夜空飞翔，而是在湖畔、池塘、清溪和山泉迥流的地方活动。它们在这些地方，时常施展着低飞的本领，目的在于比较容易地通过水这种介质，去探索和捕食正在水中摆尾的小鱼、小虾或蜉蝣小虫等等。
对于蝙蝠的这些了解，使电子技术工作者们感到惊喜。因为对于蝙蝠机体的这些认识，可能为他们手边新设计的雷达系统所采用，而且也可能为雷达抗干扰装置所借鉴。
另外，还有人设想，对于蝙蝠的进一步研究，不仅只是伴随着雷达的设计和制造进行思考，而把境界扩大，将会研制出更小巧、更准确、更经济耐用、不同于现有雷达系统的新型雷达，或一些技术全新的探测定位装置。
蜜蜂·鱿鱼·响尾蛇

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 近十多年来，好些生物学家和电子技术工程师们，都有意地相互靠拢，共同对那些优异的生命机体加以注意，就像注意蝙蝠的优异功能那样。并且，在他们一系列的工作中，也用了控制论——关于生物和机器中控制和通讯的理论，以及模拟生物原型的方法。
在辛勤的科学实践中，他们发现了一门崭新的、极为重要的、研究生命系统机制及其功能的边缘学科，那就是1960年正式定名的仿生学。
人们说仿生学是一门完全新型的学科，那是因为它在专门研究生命机体的优异特征，并依据控制论的观点，将那些特征移植于技术系统中，从事创造新的、改造旧的机器或工程设备的缘故。
这一新型学科的出现，可以说是生物学研究向着物理学、化学、数学、控制论、航空和航海等技术渗透的结果；也可以说是方兴未艾的电子技术深入到生物学界，掌握了生命机体中的优异结构，而成功地将那些优异结构进行技术模拟的结果。
生命机体指的是活的生物机体，也就是自然界中活的生物原型，包括着一切活的动物、植物以至于人体中的有机结构。
所谓优异的机体，不言而喻，就是活的生物原型中某些特殊的结构和它所表现的特殊的功能。它们的优异性在于所占的部位不大、信息传递敏锐、功能效率很高。例如蝙蝠的喉咙、耳朵或超声波定位系统等。除此以外，天空飞的、地上爬的、水里游的优异生物的例子，也真是数不胜数。
先说说以勤劳著称的蜜蜂吧：这种昆虫的视觉有着一种偏光的特性，能测出天空中不同亮度的各个地段。即使天气阴沉，它们也能根据太阳方位的变化，进行时间校正，来确定自己相对于太阳的位置。因此，它们外出采蜜和回巢，从来不会迷失方向。
根据蜜蜂的这种导航本领，有人制成了偏光天文罗盘，并已用于航海和航空的事业，使舵手在茫茫的大海上、飞行员在千里的云雾中，无论天气怎么变化，都能照常通行无阻。说到地上爬的，试看那生长在热带的响尾蛇，它有一个对于红外线非常灵敏的“探测器”(或叫“热敏器”，灵敏到0.001℃的温度差都能感觉出来。它的这种“探测器”是一小块薄膜，厚度不过10～15微米，长在它的两眼之间、鼻孔之上的部位。
夜间，树林和草丛中的爬虫、小兽，即使不吃不动地伏在那里，响尾蛇也能凭着它特有的“探测器”，感知它们的存在。因为只要那些爬虫、小兽还有体温，就会不断地发出热线。我们听说过的空对空“响尾蛇”导弹，就是模拟响尾蛇的“探测器”而制造成功的。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 至于说到水里游的，不妨介绍鱿鱼在海里的那种与众不同的游动。它不靠鳍划，也无需摆尾，全凭它机体中那个“口袋”似的体腔吐纳海水。它的体腔时常贮满海水，当需要将身体向前推进时，就把体腔的海水往后喷出，情况有点像我们见过的喷气式飞机。
十多年前，我国的造船工程师，有意模拟鱿鱼的游动而设计过一批喷水拖船。在那新式的拖船中，代替惯用的划桨或螺旋桨的，是一套强压缩水泵的装置。当水泵喷出强力水柱，整个拖船就“哗哗……”地破浪前进了。
这种拖船的吃水深度仅仅半米，所以在浅水的内河，或长有水草的湖泊、河道，都能通行无阻。又因为它吃水不深，阻力自然不大，所以，每只这样的喷水拖船，都有余力拖带好几只满载的木船。此外，现在还有人试图按鱿鱼的游动方法，制造一种新型的喷水式潜艇。
仿生学让人类空前发展
从机械“手”到电子“脑”，形成生命机体的精确、完善、小巧的优异组织机制，都与它自己的自然历史分不开。研究这种优异的生命机体或组织机制，可以为机器的创新提供根据。仿生学所经历的时期，不过十多个年头，发展情况却像越过了巫山三峡的长江之水，雄浑浩荡，现出一派夺目的前景。
今天的仿生学者们，除了对于生命机体的优异机制及其应用下功夫研究以外，也对于人类本身的优异机制进行着大量的研究。
仿生学及电气控制技术的发展，为新型的多用途的机械手的出现打下了坚实的基础。目前，通用机械手的设计制造，已成为工业技术中的一个新兴部门。 ‘
同时，在我们这个世纪中叶，就有人试着把人们的脑力活动用一种符号来表示，并用这种符号写成简单的算术算法；又另外把原来人脑所能做的一些工作，编成明确的单值的计算程序，并用快速数字计算机按程序进行运算。
像这样一种以运算为特征的电子计算机，目前所达到的水平，已经可以在一秒钟里，完成几十万次、百万次、甚至千万次的运算。所以，它往往能在不到半个工作日的时间里，顺利地完成一个人终生才能完成的工作量。
单从这样的快速运算功能来说，已经看出人们费脑力的计算劳动，一下子就被减轻得如此显著!要是另从别的方面看去，还可以发现这种机器更特殊的功能。如在自动控制系统中，人
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 们可以把它当作控制器来使用。更妙的是，在让它执行专门任务时，它还能按人们预先编订的程序，参照外部条件的变化而变化，适应新的情况，随时自动改善操作。
因此，在人造卫星及宇宙航行的技术中，可以用它来指引或校正航向或航道；还有现代化的巨型工程设计、临床医生对多种并发症的正确诊断以及繁杂的经济预算与决算等，人们也都可以叫这样的机器来代劳。
快速电子计算机，有人把它叫做电子“脑”，后来生物学家对于神经网络的深入了解，曾有助于电子计算机的改进。
人的思维活动，对于事物精密地分析和综合能力，是一切机器无法匹敌的；人的神经系统所固有的信息加工和运用的巧妙，也都远远地超过一切机器。但是，很多繁重的脑力劳动，特别是在工业生产和科学研究中，大量的重复脑力劳动利用这种机器却是十分有利的。总之，量的积累，往往导致质的变化。回想人们在实际的劳动中，学会了使用工具：从原始的树枝棍棒、刀耕火种到使用犁、锄、耙、锹以至现代化的遥控装置，证实了人们已经把双手一步步地往远处延伸。
’那么，由于仿生学的蓬勃发展，控制论的丰富完善，从模拟空中飞的、地上走的、水里游的优异的生命机体，到应用计算技术、程序设计而把人脑的运算活动写成符号交给机器去办，不就像双手的劳动往远处延伸那样，人脑的劳动也大为扩展了吗?

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