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仿生学

发布时间：2023-09-16 14:22:12 来源：文档文库

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仿生学与中国近代潜艇工业的发展仿生学是一门涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。主要是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。仿生学（bionices）一词是在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。同时仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。潜艇，这个海战中的新劲敌，初出茅庐就大显神威，并且逐步在海军兵力中占据了重要位置。两次世界大战中，交战双方都积极研制和大量使用潜水艇，进行海上封锁、水下袭击、布设水雷和隐蔽侦察等，取得了丰硕战果。仅第二次世界大战中，德国潜艇就先后击沉英美运输舰船约5000艘，计2300万吨，大型水面舰艇129艘。美国潜艇人员虽然只占它所有参战人员的1.6%，但它的潜艇击沉敌方的舰船却占美国击沉敌方舰船总数的55%。
潜艇的发展为就能带军事事业做出来相当大的贡献。在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。20世纪50年代中期，出现了核潜艇，并装备了部队。1955年服役的世界上第一艘核潜艇。26个月中就航行62562海里，横贯大西洋、太平洋，并从阿拉斯加的巴罗角海下潜，进入北冰洋，在冰盖下航行，通过了地理上的北极点。1958年，又有一艘核潜艇创造了60昼夜连续潜航的纪录。目前，装备有弹道导弹的核潜艇，水下航速已达45海里/小时，下潜深度达到千米。它能够长时间在水下航行，在全球各大洋活动，能够在水下对预定目标实施导弹攻击，不仅对航母而且对陆地任何敌对目标都构成了极大威胁。建造潜艇，首先要解决如何下潜和上浮两道难题。当工程技术人员在设计原始的潜艇时，是先用石块或铅块装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面，就将携带的石块或铅块扔掉，使艇身回到水面来。但是今年刚过几次试验之后发现这样不仅行动不便，而且只可以沉浮一次。而且当丢弃的石块诚如水底时，会激起海底的沙石上涌，记忆被敌军探测，而丧失隐蔽的功效，为了解决这两道难题，人们开始向生物请教。后来，人们经过长时间观察和研究，发现僧帽水母具有充气的“浮鳔”，可以根据感觉细胞的控制充入足量的气体，使水母浮于水面。乌贼也是靠改变体内水的密度实现沉浮，它的浮室──海鳔鞘的孔隙里的水和气体，是按其游泳水深所需要的比例混合起来的。而鱼类是靠精巧的鱼鳔充气和排气实现沉浮。人们从这些水生物沉浮机制中得到启示，从17世纪初开始研制潜艇。最初研制出一种通过人力摇动，往水柜里注水、排水，以使其下潜、上浮上船。船体造型是模仿鳟鱼等鱼类，呈狭长流线型，以减少水的阻力。根据此原理，人们在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设放气阀，下面设注水阀，当水舱灌满海水时，艇身重量增加使它潜入水中。需要紧急下潜时，还有速潜水舱，待艇身潜入水中后，再把速潜水舱内的海水排出。如果一部分压载水舱充水，另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态。另一方面，潜艇的速度也成了一大难题。吃一堑，

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