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公选课《趣味昆虫》考核论文

昆虫与仿生

学生姓名：张西成

学 号：20110501310035

学 院：机电工程学院

年级专业：机械设计制造及其自动化1班

2013年5月9号

昆虫与仿生

摘要：我们的身边日夜都陪伴着大量昆虫，它们形态不一，体型各异，但由于

长相恐怖，我们几乎不会将它们作为思考的对象。实际上，昆虫不仅在地球生态系统中占据重要位置，同时也是人类的一个不可思议的灵感源泉。从太阳能电池板到垂直概念农场，再从电子阅读器的显示屏到可持续建筑的集雾器，很多富有创造性的设计灵感均来自于这些小生灵。以下盘点的是十大仿生设计，设计灵感来自蝴蝶、甲虫、蜻蜓、蜜蜂等昆虫，它们让我们研制的设备进一步接近自然的完美。

关键词：昆虫 仿生 仿生学 军事

仿生学(bionics)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。无论是在初期抑或是现在，仿生学主要以昆虫为对象的仿生研究一直是国内外的研究热点。目前,有关昆虫仿生研究的主要方向有：昆虫的形态仿生、结构和功能的仿生、感觉器官的仿生、运动功能的仿生及其他特异能力的仿生等。下面介绍几种近代的昆虫仿生产品。

正文：

1、不会漏气的仿蜂巢轮胎

未来的轮胎不需要充气，因此也就不存漏气问题，这一进步能够挽救很多士兵的生命。按照政府提出的要求，轮胎需要具备较高的承重能力，可抵御临时爆炸装置袭击并且能够在遇袭后仍以每小时50英里(约合每小时80公里)的速度行

驶。为了满足政府的要求，Resilient技术公司和威斯康星州大学麦迪逊分校聚合体工程学中心的开发人员设计了模仿蜂巢结构的轮胎。他们知道没有什么能够比这种设计更完美的了。这种仿生轮胎由一系列六角形构成，拥有极高的坚固度同时可让重量均匀分布以实现平滑行驶。这种轮胎对于越野作战是一个很了不起的改进，是一大突破。 2、灵感来自甲虫的水壶

在世界上一些严重缺水的地区，只有富有革新性的发明创造才能真正确保饮用水的洁净与安全。一位设计师做到了这一点，创造性地提出了从雾气中获取水的想法。他就是帕克·基特，所设计的“露水库”水壶模拟了甲虫雾中取水的方式，水壶背部的脊状结构能够收集露水。这款水壶采用不锈钢圆顶造型，早晨时的温度低于空气，所形成的露水会滑落至一个收集道。“露水库”一次大约可收集一杯水，虽然听起来不是很多，但对某些人来说，一杯水却能够决定他们的生死。通过这种装置每天可以收集大约一杯水，这一杯水对于沙漠地带生活的人来说太重要了，为他们缓解了喝水的困难。 3、仿蝴蝶翅膀Mirasol显示屏

Mirasol的低电压显示屏能耗低，是取代手机、平板电脑和电子阅读器等设备所采用的电子墨水的一个理想替代品，其设计灵感来自于蝴蝶翅膀。

蝴蝶翅膀上的微小鳞片能够反射光线，上面覆盖着透明的膜。随着蝴蝶拍打翅膀，阳光在穿过翅膀时发生折射，由于不同波长的光折射率不同，蝴蝶的翅膀看起来呈透明状。Mirasol显示屏能够产生类似的效果，它采用两个玻璃面板和微型镜子，能够将颜色反射到屏幕上。这也就意味着显示屏能够在强烈的阳光照射下显示出鲜艳的色彩，使其在阳光下更容易观看。Mirasol显示屏利用环境中的自然光线而不是人造照明。这一发明解决了屏幕背光、反光等各种问题。 4、仿蝴蝶色彩进行伪装

五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍安然无惹，为赢得最后的胜利奠

定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。很多军队的伪装服、迷彩服都是从昆虫的色彩上得到的灵感。很多昆虫在不同的环境下呈现出不同的色彩，有利于躲避不利的环境，有利于自身生存的需要。科学家们就通过昆虫这样的特征发明了伪装服、迷彩服、躲避敌人的视线。

5、仿苍蝇的各种装备

昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒，当它飞行时??衡棒以一定的频率进行机械振动。可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪。大大改进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360°范围内的物体。在蝇眼的启示

下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在,军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪。目前已广泛应用于宇宙飞船!潜艇和矿井等场所来检测气体成分??科研!生产的安全系数更为准确、可靠...... 6、蜻蜓的仿生

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72km/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。蜻蜓依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙。于是人们仿效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。 7、其他昆虫仿生

跳蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此进行了大量研究。英国一飞机制造公司从其垂直起跳的方式受到启发，成功制造出了一种几乎能垂直起落的鹞式飞机。现代电视技术根据昆虫单复眼的构造特点，造出了大屏幕彩电，还可将一台台小彩电荧光屏组成一个大画面，且可在同一屏幕上任意位置框出某一个特定的小画面，既可播映相同的画面，又可播映不同的画面。科学家根据昆虫复眼的结构特点研制成功的多孔径光学系统装置，更易于搜索到目标，此种装置已在国外一些重要武器系统中应用。根据某些水生昆虫的组成复眼的单眼之间相互抑制的原理制成的侧抑制电子模型，用于各类摄影系统，拍出的照片可增强图像边缘反差和突出轮廓，还可用来提高雷达的显示灵敏度，也可用于文字和图片识别系统的预处理工作。美国利用昆虫复眼加工信息及定向导航原理，研制了具有很大实用价值的仿昆虫复眼寻的末制导导引头的工程模型。日本利用昆虫形态及特性开发研制了六足机器人等工学机器和建筑物的新构造方式。

总结：

世界上有百分之七十五的生物是昆虫，在几亿年的进化过程中，他们进化出了很多看似不起眼，却让人类不得不叹服的技能。随着社会的发展，人们对昆虫的各种生命活动掌握得越来越多，越来越意识到昆虫对人类的重要性；再加上信息技术特别是计算机新一代生物电子技术在昆虫学上的应用，模拟昆虫的感应能力而研制的检测物质种类和浓度的生物传感器，参照昆虫神经结构开发的能够模仿大脑活动的计算机等等一系列的生物技术工程，将会由科学家的设想变为现实，并进入各个领域，昆虫将会为人类做出更大的贡献。只要我们善于模仿，将仿生应用到生活的各个领域，不但我们的航空航天事业将得到空前的发展，我们的生活也将产生前所未有的巨变。我相信随着人类科技的发展，我们的文明将传播向世界的各个角落。相信在这个过程中，一个又一个的难题将出现在我们面前，但只要我们和大自然和谐共处，悉心向大自然中的生物学习，我们将找到解决问题最快最有效的方法——仿生。

参考文献：

[1]十大昆虫仿生设计，新浪科技，科技时代，科学探索，2011、01、06 [2]肖占中，<<世界军事>>，1997

[3]吴卫国，吴梅英，<<昆虫知识>>，1997 [4]但建国，趣味昆虫教学，2013

[5]马惠钦. 昆虫与仿生学浅淡[J]. 昆虫知识. 2000(03) [6]十大昆虫仿生设计[J]. 科学大观园 2011年23期