昆虫与人类论文:浅谈昆虫与仿生学

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萤火虫的仿生学

萤火虫的仿生学

萤火虫的仿生学
萤火虫是昆虫中的绝佳杰作,其独特的生态学和仿生学使其备受
研究。

萤火虫仿生学方面的研究主要集中在多种技术,如机械形象处理、机器视觉及医学成像等领域。

它们可以帮助工程师提升工程结果,改善产品设计,以及开发可复制的计算机程序,以模仿萤火虫的系统
性行为。

萤火虫的仿生学有助于将科技带入家庭,尤其是在将自然环境与
复杂的技术环境相结合方面。

通过开发计算机程序,萤火虫可以模拟
一系列行为来为用户实现一系列目标,这样一来,就可以实现智能家
居等功能,例如安全系统和智能控制系统等。

此外,这种对仿生学的研究也可以促进自动化技术的发展。

由于
萤火虫的天性,这些仿生技术可以将自动化技术领域的机器性能提高
到令人难以置信的水平,并为机器人工程师提供某些有用的建议和技巧。

总的来说,萤火虫的仿生学是一种天赋的能力,它可以帮助工程
师实现新的事物,开发出先进的机器人和智能系统,并将机器和环境
联系起来,以实现可持续发展。

萤火虫仿生学也有助于更好地理解自
然界的机制奥秘,从而发展更加高效和安全的机器人系统和设备。


于其经典的杰出表现,萤火虫以它的仿生学将极大地推动科技的发展
前进,开辟更新的应用及实践领域。

昆虫仿生学在世界的应用

昆虫仿生学在世界的应用

摘要:自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰,为了生存、自卫、竞争和发展的需要,强化了许多优异的结构和特殊功能,值得人们在材料上很好地借鉴并发挥。

材料研究仿生学就是模仿生物系统的原理来建造先进材料装备技术系统或者使人造材料装备技术系统具有生物系统特征的一门科学。

关键词:仿生学仿生设计材料自然界在亿万年的选择进化演变过程中,形成了具有完美结构和组织形态及独特优异性能的生物材料,如哺乳动物的蚯蚓表面的润滑功能和减阻特性,苍蝇的复眼和平衡棒的特性,鲨鱼盾鳞片肋条结构以及其减阻的特性,蝴蝶翅膀表面的疏水性和自清洁的特性等等。

这些天然生物复合材料一方面具有许多优异于绝大多数人工材料的物理化学性能,如人工材料难以达到的损伤自我愈合、功能自恢复、机能自稳定及环境适应性的等优良性能,另一方面,其性能具有一般人工材料所无法达到的数值。

如蜘蛛丝具有极好的机械强度,是钢丝的5倍以上,且蜘蛛丝的弹性为尼龙的2倍,另外它还就有高柔韧性和较高的干湿模量。

1 模仿苍蝇平衡棒的应用1.1苍蝇的简介在生物学上,苍蝇属于典型的“完全变态昆虫”。

70年代末统计,全世界有双翅目的昆虫132个科12万余种,其中蝇类就有64个科3万4千余种。

主要蝇种是家蝇、市蝇、丝光绿蝇、大头金蝇等。

苍蝇具有一次交配可终身产卵的生理特点,一只雌蝇一生可产卵5-6次,每次产卵数约100-150粒,最多可达300粒左右。

一年内可繁殖10-12代。

苍蝇多以腐败有机物为食,因此常见于卫生较差的环境。

苍蝇具有舐吮式口器,会污染食物,传播痢疾等疾病。

在生态系中,苍蝇的幼虫扮演动植物分解者的重要角色。

苍蝇的成虫由于嗜食甜物质,因此也能代替蜜蜂用于农作物的授粉和品种改良。

临床医学上,活蝇蛆可接种于伤口之中,起杀菌清创,促进愈合之作用。

富含蛋苍蝇白质的蝇蛆又是重要的饵料、饲料,可工厂化生1.2苍蝇飞行和触觉方面的行为习惯苍蝇临危一跃之前,它的小脑瓜里就已经在盘算着潜在威胁来袭的方位了,它想好逃跑方案,将6条腿调整至最佳位置,然后朝着与苍蝇拍来袭方向相反的方向一溜烟地飞跑了。

人与自然昆虫篇

人与自然昆虫篇

人与自然昆虫篇自然界是一个充满奇妙的世界,各种各样的昆虫在这个世界中扮演着重要的角色。

人类与昆虫的关系是一种既复杂又微妙的互动关系。

本文将从不同角度探讨人与自然昆虫之间的关系。

一、昆虫的重要性昆虫是自然界的重要组成部分,它们在生态系统中具有不可替代的作用。

首先,昆虫是自然界的清道夫,它们能够食用腐烂的植物和动物残骸,帮助清理环境。

同时,昆虫也是许多植物的传粉媒介,它们在寻找食物的过程中将花粉粘在身上并传播到其他植物上,促进植物的繁殖。

此外,昆虫还是自然界中食物链的重要环节,它们作为食物供给了许多其他动物。

二、人类与昆虫的冲突尽管昆虫在生态系统中具有重要作用,但人类与昆虫之间也经常发生冲突。

一方面,昆虫可能对人类的生活造成负面影响。

例如,一些昆虫是农作物的害虫,它们会给农民带来经济损失。

此外,一些昆虫还会传播疾病,对人类的健康产生威胁。

另一方面,人类的活动也对昆虫产生了负面影响。

例如,过度使用农药会对昆虫的生存环境造成破坏,导致昆虫数量减少。

同时,城市化进程也使昆虫的栖息地受到破坏,进一步影响昆虫的生存。

三、人类与昆虫的合作虽然人类与昆虫之间存在冲突,但也有许多领域人类与昆虫相互合作。

首先,昆虫在科学研究中发挥着重要作用。

例如,蜜蜂是重要的模式生物,它们的社会行为和学习能力受到科学家的广泛研究。

此外,昆虫还可以用于生物多样性监测和环境污染的检测。

其次,昆虫在医学领域也有重要应用。

例如,蚊子是疟疾和登革热等疾病的传播媒介,研究蚊子的生态和行为有助于制定防治策略。

此外,昆虫也被应用于食品和药物的生产过程中,例如蜜蜂的蜜和蜡被广泛应用于食品和化妆品生产。

四、保护昆虫的重要性昆虫的数量和多样性正在全球范围内急剧减少,这对生态系统的稳定和人类的生存都带来了威胁。

因此,保护昆虫成为了当务之急。

首先,我们应该减少对昆虫生存环境的破坏,如控制农药的使用、合理规划城市化进程等。

其次,我们应该加强昆虫的研究和监测工作,了解昆虫的生态、行为和种群动态,为保护工作提供科学依据。

【仿生学作文青蛙】仿生学的作文

【仿生学作文青蛙】仿生学的作文

【仿生学作文青蛙】仿生学的作文令人望而生厌的苍蝇无论如何也不能与现代科学技术事业联系起来,但仿生学却使得它们紧紧地联系在一起。

一只灰色的苍蝇在桌面上,如果你用手去捕捉它,那么始终是你的手还未落下,它早已飞离了这“是非之地”。

这是什么原因呢?人们通过对苍蝇的眼睛的研究发现,原来苍蝇的眼,睛是由许多六边形的视觉单位(即小眼)构成的。

这种复眼具有很高的时间分辨率,它能把运动的物体分成连续的单个镜头,并由各个小眼轮流“值班”。

人们根据苍蝇复眼的构造,仿制了‘蝇眼”照相机,其镜由1329块小透镜黏合而成,其分辨率达4000线/厘米。

这种照相机被应用来复制计算机的显微电路。

另外,人们还仿制了测量运动物体速度的光学测速仪。

苍蝇的眼睛能看见紫外线,但人和其他热敏元件却感觉不到它。

所以,人们又仿制了“紫外眼”,这种“紫外眼”在国防上有重要作用。

前面说到苍蝇在危急时刻,能很快脱离危险。

这又是什么原因呢?原来是楫翅在起作用。

楫翅位于苍蝇的后翅位置,是后翅退化后形成的,形状与哑铃有些相似,它能够使苍蝇往后“开倒车”,并能使它很快飞离“危险之地”。

楫翅的作用不仅能使苍蝇脱离危险,还能为它导航呢!它能够保持苍蝇的飞行方向,使它不至于在原地兜圈子。

人们根据这个原理仿制了振动弦角速度陀螺仪,后又成功地研制了振弦角速度陀螺和振动梁角速率陀螺,这种导航仪现已用于高速飞行的火箭和飞机,使飞行着的飞机和火箭的稳定度提高。

仿生学的作文苍蝇的嗅觉很灵敏,人们又根据苍蝇的这个特点仿制了气体检验仪器,用来测量微量物质及其他待测气体。

嗅觉感觉器只同气体接触便可,而味觉感受器则必须接触物体才行。

苍蝇的口上和腿上长满了绒毛,绒毛是由两个感盐细胞、一个感糖细胞和一个感水细胞构成的。

因此,绒毛对甜味有着特殊的“爱好”。

人们可利用这个原理,仿制预测糖尿病的仪器。

另外,这四个感受细胞能各自把得到的信息输入脑子。

因此苍蝇跟物体一接触,便能分辨其是否能食用。

在这个基础上,人们又制成了气体分析仪,用来测量航天飞机中气体的成分,以及测量潜水艇和矿井中的有毒气体。

昆虫复眼的仿生运用

昆虫复眼的仿生运用

**大学本科学生课堂论文昆虫复眼的仿生运用学生:学号:专业:生物工程**大学生物工程学院二O一四年六月摘要复眼是昆虫最重要的视觉器官,由多个小眼组成,其在形态学、解剖学、生理学及光学等方面与其它无脊椎动物和脊椎动物的眼睛有着显著的差异,从而使节肢动物具有其它动物所不及的视觉特性,因此, 复眼的独特性使它很早就受到人们的广泛关注, 随着科学技术的进步,学者们利用电镜从形态学与解剖学角度对复眼的结构进行了研究,还从生理学及光学方面探讨了复眼成像的原理及其功能, 利用分子技术、遗传技术等对复眼的发生及其功能从本质上进行研究。

本文将从结构、人工仿生及应用等方面对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。

关键词:生物光学;昆虫复眼;人工仿生昆虫的复眼是昆虫最重要的光感受器,复眼是由一个个独立的小眼构成,每个小眼主要是由角膜、晶锥、感杆束、色素细胞、基膜等组成。

角膜和晶锥构成了复眼的屈光器,主要是起到透光、保护感受器和屈光的作用。

感杆束和色素细胞可以随着光强的变化而变化,起到调节光量的作用,同时还起到视觉定向功能的作用。

基膜是连接小眼和视神经的部分,起到了增加视神经感受性和支撑小眼的作用。

在昆虫的各种感受器中,光感受器无疑是最重要的。

尤其对于快速飞行的昆虫来说,复眼是快速获得信息的中心。

角膜作为复眼的最外层主要是起到保护感受器的作用。

角膜的透光度极高,烟草天蛾对400-650nm的光透过率可达90%,近紫外区的光线几乎完全可以透过,而远紫外区的则不能,起到保护的作用。

大部分的昆虫的晶锥都形成晶束,这些晶束的直径可以决定能否把物象传递给感杆束,还可以起到光导管的作用。

色素细胞主要是包围着感杆和晶锥,吸收、分散到达每个小眼的光线,通过色素细胞的移动来调节到达视杆的光量,适应环境中光的强度,可能起到脊椎动物的虹膜作用。

感杆束和色素细胞很好的起到了调节光强,使复眼适应不同光强度变化的作用。

昆虫复眼对光强的适应能力和范围都是很大的。

昆虫与仿生学

昆虫与仿生学

昆虫与仿生学什么是仿生学?仿生学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。

萤火虫——人工冷光自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。

但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。

那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。

在自然界中,有许多生物都能发光,萤火虫是其中的一类。

萤火虫是一种完全变态的昆虫,也就是说在萤火虫的一生当中,会经历卵、幼虫、蛹及成虫四个时期。

萤火虫喜欢生活在潮湿,多水,杂草丛生的地方,特别是溪水,河流两岸,雌虫比雄虫羽化要晚一周的时间,然后它会闪着萤光,寻找配偶。

萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。

萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。

因此,生物光是一种人类理想的光。

萤火虫发光原理?萤火虫的发光原理是:萤火虫有专门的发光细胞,在发光细胞中有两类化学物质,一类被称作荧光素,另一类被称为荧光素酶。

荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP ,并与氧气发生反应,反应中产生激发态的氧化荧光素,当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。

反应中释放的能量几乎全部以光的形式释放,只有极少部分以热的形式释放,反应效率为95%,甲虫也因此而不会过热灼伤。

在虫的腹部下部有着很多白色斑块,其实是它的甲壳中对光透明的部分。

在内部有一块白色的膜,可以反射光。

所以在日间这个部位呈现白色。

科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。

浅谈资源昆虫的开发与利用

浅谈资源昆虫的开发与利用

文献综述之浅谈资源昆虫的开发与利用——以昆虫仿生学为例一、前言二、资源昆虫的定义三、昆虫仿生学四、常见的昆虫仿生学应用举例五、问题与前景六、参考文献一、前言资源,是当今世界最重要的战略问题之一;昆虫资源,是目前地球上最大的尚未被充分利用的自然资源。

本文通过整合前人的研究成果,以昆虫仿生为主,简要介绍资源昆虫的开发利用问题。

本文首先诠释资源昆虫的概念;进而详述其中的一个方面——昆虫仿生学;并举出大量实例;最后介绍目前资源昆虫开发的问题与前景。

本文所述内容涉及大量论文、网页等文献资料(具体名录见本文最后),在此对其作者表示感谢。

二、资源昆虫的定义资源昆虫是指昆虫产物(分泌物、内含物和排泄物等)或昆虫虫体本身可作为资源被人类利用并具有特殊价值的一类昆虫。

资源昆虫根据其用途可分为九大类:食用资源昆虫、医药资源昆虫、饲料资源昆虫,工业原料资源昆虫、观赏资源昆虫、娱乐资源昆虫、害虫天敌资源昆虫、植物传粉资源昆虫及其它用途资源昆虫。

广义的资源昆虫也可归为三大类:第一类是一级资源昆虫:包括虫体本身或其产物能满足人们物质需要或精神需要的种类,如工业原料昆虫、药用昆虫、食用昆虫、观赏昆虫等。

第二类是二级资源昆虫:指必须作用于其它生物面对人类产生利益的昆虫,如天敌昆虫、农作物传粉昆虫等。

第三类指特殊资源昆虫;包括教学和科研材料、仿生学对象、环境保护、构成生态系统食物链的重要环节,今后作为生物工程重要基因库等特殊用途的昆虫种类。

目前,许多国家都在开发昆虫产业,开展昆虫产业的基础和生产的技术研究。

例如,日本1992年昆虫商品额已达2600亿日元,并预测40年后医用蛋白质等产品的市场规模将达55000亿日元。

下面,将在仿生学方面,详述资源昆虫的开发与利用。

三、昆虫仿生学仿生学( bionics) 是上世纪60 年代兴起的一门学科,它研究生物系统的结构性质能量转换和信息过程,并将所获得的知识用来改善现在的或创造暂新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程。

仿生学600字六篇

仿生学600字六篇

仿生学600字六篇仿生学作文600字篇1人类的老师有许多,比方说蜻蜓曾经为人类做过老师,它关心人类改善飞机的缺点—不能平衡,就是这个不能平衡的缺点,由于速度过快,而让一些人在飞机上堕落下来或者飞机爆炸而死,而就是这个缺点,让科学讨论者讨论了足足几年,让他们想不到的是蜻蜓早就解决了这个问题,他们发觉蜻蜓解决了这个难题的方法就是在尾部的两边各放一个都一样重的东西,以保平衡。

就是这个简洁的方法就害了数十万的人死亡。

还有一个人类的老师,它就是青蛙,它让人类创造了电子蛙眼,这个电子蛙眼在机场上能看到飞机的动态,还能拦截空中导弹,辨别出真和假的导弹,从而用拦截导弹把真的导弹空中炸毁,从而提高了空中防备措施。

后来经科学家们的讨论,改良成了监视器,在商店里都有,能够监视商店里的人的一举一动,假如是小偷就能记录下他偷东西的过程,样子,用于证据,抓人时提示,让警察们破了许多案件,这可以说是一件宏大的创造!而蒲公英也给了我们许多提示,它也算是我们人类的爱护家,它也是科学家们的创造老师,它让创造家们创造出了降落伞。

是它让人类不用再惧怕空中堕落的死亡;是他让人们不用再惧空中爆炸;是他让人类不再由于飞机突然失控而说:“我永久不要再搭乘飞机了啊!”不过,这已经不再是现实。

现实中,飞机再也不会让人产生惧怕感,反而由于有了降落伞不怕空中堕落而让人们蜂拥而上,争先恐后的想先搭上飞机,去环游世界的秀丽。

这么多人类的老师,它们各有用途,如今,这些人类的老师给了人们许多启示,人们把这些人类的老师纪念在一门科学里,那就是仿生学。

仿生学作文600字篇2自从人类创造了电灯,生活变得便利、丰富多了。

但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式铺张掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。

那么,有没有只发光不发热的光源呢?人类又把目光投向了大自然。

在自然界中,有很多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。

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结课论文 题目:浅谈昆虫与仿生学

作者: 学号: 学院: 专业: TEL: EMAIL: 指导老师: 浅谈昆虫与仿生学 xxx君 (华南农业大学经济管理学院xxx班,2xxxx)

摘 要:在生物界中昆虫经历了长期的进化过程,发展出了许多与其所处生存环境相适应的器官系统,它们结构独特、功能奇异,因此,昆虫一直是仿生中最重要的对象之一。本文就昆虫仿生的仅展及热点,如:昆虫的形态仿生、结构仿生、感觉器官仿生、运动功能的仿生及其他特异能力的仿生进行介绍。 关键词:昆虫,仿生,功能

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。[1]

一、昆虫形态的仿生 昆虫形态千差万别。形态仿生是早期仿生的主要内容,主要应用于军事和航空航天领域,例如:模仿蝴蝶色彩和花纹的军事伪装设施;模仿蜻蜒翅膀上的翅痣在飞机的两翼加上平衡重锤,解决飞机因高速飞行而引起振动的棘手问题;模仿蝴蝶翅面上的鳞片随阳光照射方向自动变换角度而调节体温的原理,成功实现对人造卫星由于位置不断变化而引起温度骤然变化的控制。另外,一些昆虫巢穴的形态结构也是仿生研究的内容。在一些大型建筑中,经常模仿蜜蜂巢穴的六角形的架构设计,使建筑物具有高强度力学支撑结构,既坚固、美观,又节省建材。

二、昆虫结构与功能的仿生 由于生存环境的关系,一些昆虫在进化过程中形成了非常独特的体表微细结构,这些结构为仿生学家所关注。例如:大凤蝶的翅膀颜色是黄、蓝色,但看起来却是闪闪发光的绿色。原因乃是布满在翅膀上的微型小坑对光线的反射,人眼无法将从坑底反射的黄色光与周围两次反射的兰色光区分开来,从而感觉到的是绿色。研究如何模仿蝴蝶翅膀表面细微结构开发新型防伪技术(如防伪纸币或信用卡)已成为该领域重要的课题。 另外,人们注意到一些甲虫的体表很少黏附土壤(尽管它们常年生活在土壤和粪堆中)。坦克的履带和汽车的轮胎以及其他地面作业机械容易黏附泥土,既降低功效又缩短使用寿命。通过研究土壤昆虫(如蜣螂)的体表微观构造,发现体表的非光滑结构、体液和负性电位有利于减黏脱附,利用这些特性,进行仿生研究,解决地面机械的土壤黏附问题,开发出对土壤的黏附大为减少的仿生犁和仿生推土机铲等。[2]

三、昆虫感觉器官的仿生 在嗅觉方面,很多昆虫具有高度灵敏的嗅觉。昆虫触角上分布有不同类型的嗅觉感受器,感受器的类型不同决定了昆虫对不同化学物质的分辨率。不同的昆虫嗅觉灵敏度有差异,触角的结构以及相应的传导网络是其重要的决定因素。除了高灵敏度以外,昆虫的嗅觉感受器还具有高分辨率和高度特异性的特点。目前,各国都在加紧研制实用的仿昆虫触角的嗅觉感受器检测装置。有的直接将昆虫触角与场效应管相连组成气味物质检测系统;有的则仿昆虫嗅觉感受器排列组合研制复传感器(传感器阵列)。德国和法国科学家研究嗅觉感受器并将其用于机器人的嗅觉导航系统。美国加州大学圣地亚哥分校的的研究人员则通过研究蝗虫触角叶接收气味信号的特点,提出一种新的网络模型,其核心是神经元网络之间可以相互连接形成一个系统而使他们能识别比传统网络更多的信号。 就听觉系统而言,声源定位能力是最显著的属性之一,对有些昆虫来说,这种能力是生死攸关的。例如,昆虫(蛾类)“反捕猎”行为,可以聪明地闪避蝙蝠的追捕;神经解剖学研究表明,昆虫(蛾类)鼓膜耳仅有2个听觉感受器细胞,但能非常灵敏地侦听出蝙蝠的超声信号。因此,模仿昆虫听觉结构,研究其对声发射、接收、听信息加工及运动调控的感觉神经生物学与神经行为学原理,可望开发先进的“反声纳”装置。[3] 在视觉方面,尽管昆虫复眼结构简单,但其功能却是人和哺乳动物的单眼所不及。例如:螳螂能在0105s内一跃而起,吞下飞行中的小虫。在如此短的时间内,它需要准确测出小虫大小、飞行方向和速度,而螳螂仅靠其1对大复眼和颈部的一个本体感受器即可实现。此外,昆虫复眼还能感知偏振光、紫外光等。根据这些现象和原理,已经进行了很多成功的仿生应用,如:一次可拍摄1329张照片的蝇眼照相机;仿昆虫复眼的先进的相控阵雷达;仿昆虫复眼研制成功的空对地速度计以及偏振光导航仪。实际上,昆虫的复眼本身是一个精巧的导航控制系统,根据多年的研究发现,昆虫(特别是家蝇)具有快速、准确地处理视觉信息的能力,能实时计算出前面飞行物的方位与速度,同时发出指令控制并校正自己的飞行方向和速度,以便跟踪和拦截目标。对昆虫复眼这一定向导航系统的研究已得到广泛重视。目前,各国都在加紧昆虫视觉仿生研究,试图模仿昆虫复眼成像机理以及昆虫视觉信息处理过程,研制新型靶标自动制导系统。 在昆虫感觉器官仿生(尤其是视觉仿生)方面,国内外都给予了高度关注,目前有2个热点:一是试图研制出对化学物质高度敏感的探测仪器;二是研究昆虫复眼电子模型以及听觉和嗅觉感受器电子模型,并将昆虫的这类特异的感觉原理用于机器人导航系统,以提高机器人的自主功能水平。

四、昆虫运动功能的仿生

昆虫的运动功能奇特,形式多样,有的蠕动、有的跳动、有的飞行。昆虫独特的飞行机制一直为仿生学家所关注,如:昆虫的翅与飞行、昆虫飞行过程中的信号接收与传递、昆虫的神经组织结构及控制机理等。 上世纪末,人们提出了微型飞行器(microairvehicle,MAV)概念[4]。“微型机械飞行虫”(micromechanicalflyingInsect,MFI)或“虫型飞机”(entomopter)就是MAV的一种。由于其体积小,有很好的隐蔽性和机动性,最适于在室内或野外小范围内进行侦察;也可以攻击载人飞行器及其它目标。将MFI用于气象数据收集、环境研究等方面,可大大减少费用。美国NASA甚至计划10年后将虫型飞机用于火星探测。MFI的发展,在未来国家安全和国家经济建设等方面将起至关重要的作用,正在世界范围内引起极大的关注。美国国防部国防高级研究计划署(DARPA)从1992年就开始这种飞行器的论证工作,1995年组建了可行性研究小组,1997年拨款3500万美元制订一个为期4年的研制计划,开展了一系列的研究,近年来取得重要进展。然而,对于MFI或“虫型飞机”的研究,若采用传统的气动布局和飞行方式,可能会产生升力不足、稳定性差和控制困难等一系列问题。而微小昆虫则是大自然创造的“微型飞行器”,经过上亿年的进化和环境适应,在形态、运动方式以及利用“新型”空气动力学原理等方面,达到了近乎完美的程度。这是各国发展MFI技术加以仿生借鉴的核心。实际上,昆虫飞行功能研究(尤其是MFI研究)已经成为昆虫仿生领域最热烈的前沿方向之一。[5] 除了虫型飞机外,昆虫运动功能仿生的另一个方向是制造虫型机器人,模仿昆虫在陆地行走的腿足部结构和运动原理,研制具有昆虫足样行走能力的机器人或虫样蠕动的微型机车。这类机器人可被用于行进到崎岖不平的山路或其它非平坦地带(如:地震后墙壁倒塌的废墟中)执行特殊的任务。

五、昆虫其他特异能力的仿生 昆虫的独特自卫武器的仿生:有些甲虫在遇到敌害自卫时可喷出致命液体。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。另外,一些发达国家正在利用这种甲虫自卫武器原理研制二元化汽油:2个油箱分储不能独立燃烧的汽油中间体,进入发动机前才混合。或将普通汽油混入某种流体,进入发动机前再用特殊装置将其分离还原成普通汽油。 昆虫发光的仿生:一些昆虫(如:萤火虫)可将化学能直接转变成光能,,且转化效率几乎100%,而普通电灯的发光效率只有6%。模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源使发光效率提高十几倍,大大节约了能量。此外,冷光源无论在军事上还是民用上都具有非常广阔的用途。仿昆虫化学能转换为电能和机械能也是昆虫特异能力仿生的一个重要方向,这在虫型飞机的能量供应上有非常重要的用途。 昆虫群体协作性的仿生:一些社会性昆虫,如:蚂蚁、蜜蜂等具有其特有的社会群体协作性,研究它们的这些群体习性,有的提出所谓“蚂蚁算法”,有的将其原理用于研究MAV和多个机器人之间的协同工作。 综上所述,昆虫种群庞大、种类多样、外形迥异、功能奇特,是极其重要的仿生资源。目前,国际上昆虫仿生的热点主要集中在仿昆虫飞行器研制虫型机器人或虫型飞机、仿昆虫触角感受器开发生物传感器、仿昆虫视觉及其控制机理进行机器人导航、仿昆虫表面微结构研制新型脱黏附和防伪技术、仿昆虫感觉系统研制声纳Π反声纳装置等。我国在这些方面虽然都有所涉及,但尚不够深入,整体水平也有待提高。今后需要大力开展昆虫仿生资源研究,面对数以百万计的昆虫种类及其复杂精妙的结构,昆虫仿生必然有所选择,常见的昆虫易被作为仿生对象,但不太常见功能更为奇特的昆虫(如:在极端环境下生活的昆虫)更是值得开发的资源。与此同时,要进一步开拓仿生研究的新领域,尤其要注重昆虫特异能力(如:特异的感觉能力、信息处理能力)的仿生。只有通过多学科的交叉,结合现代生物学、工程学、微电子学等学科的研究技术和方法,加强对昆虫器官组织和细胞的生物学特性、功能及其机理的基础研究,深入理解昆虫各器官系统的生理学、生物化学、生物信息学等生物过程及其相关功能,才能在比较高的层次上更加有效地进行昆虫仿生。

参考文献: [1]仿生学-百度百科http://baike.baidu.com/view/803.htm [2]程红,孙久荣,李建桥,任露泉.昆虫学报,2002,45(2):175~181 [3]肖占中.世界军事,1996,(11):64. [4]微型飞行器:像昆虫那样飞,辽宁日报,刘洪宇,2011-01-14 [5]微型飞行器-百度百科 http://baike.baidu.com/view/263652.htm

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