昆虫仿生学论文

昆虫仿生学

仿生学是1960年正式诞生的一门综合的边缘科学。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。

人们对自然资源的利用范围越来越广泛，特别是仿生学方面的任何成就，都来自生物的某种特征，从中得到的启发，然后反复的研究模仿，最后创造出种种方便。

仿生资源是一个取之不尽的知识宝库，在民间、军事方面具有广阔前景。针对仿生学迅速发展态势的国家目标的重大需求。中科院动物研究所成立了动物仿生学研究小组，重点开展以昆虫的独特器官功能为目标的仿生学研究项目。

昆虫仿生学

昆虫仿生学是研究如何模仿昆虫的结构和功能，来制造设备或物件以造福人类的一门科学。

昆虫是地球生物总的一个独特群体，它们个体较小，数量庞大，占现存动物的75%以上。在长期的进化过程中，昆虫发展出与其生存环境相适应的具有特殊构造和功能的器官系统，它们有各自的生存技巧，有些技巧连人类都自叹不如。如：昆虫的高度发到的极其灵敏的嗅觉感受系统受其启发，通过对其具有独特功能器官系统的构造的研究和模仿，有能使我们找到解决人类社会实际问题的有效方案。访昆虫独特的嗅觉感系统，研制高灵敏生物传感器是生物科学家仿生研究的重要目标。

蝴蝶，有人把它称作“昆虫界的西施”，它利用翅膀花纹的色彩斑斓作为一种伪装。如重月纹凤蝶、其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。这些五颜六色，不规则排列的花纹，圆点和线条把蝴蝶翅膀的表面分成许多很小的部分。这样当背景是一片鲜花盛开，五彩缤纷的草地时，蝴蝶就很难被它的天敌—食蝶的动物发现。科学家通过了对蝴蝶的研究，为军事、航天、生活等带来了极大的裨益。在二战期间，德国军队包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施，毕生研究蝴蝶花纹的昆虫学家施王维奇参照蝴蝶翅膀上花纹的色彩和构图，将保护迷彩，变形迷彩和伪造迷彩加以综合运用，对苏军机动军事目标涂上同地域相似的多色巨大斑点，改变其外形：对固定军事重地进行遮障布疑，并在遍障上涂染与背景相似的保护色和多色素描图像，造成同环境一致的景象，使军事目标的可视辩程度降低到最低点。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的基石地仍安然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。施万维奇的碟翅防空迷彩。

伪装出色设计，蒙骗了德飞机的轰炸，成为流传后世的佳话，他死后，

人民把他的墓碑上雕刻了蝴蝶翅膀上的花纹图案，以示纪念，根据同样的道理，后来人们还生产了迷彩服，大大减少了战斗中的伤害。

蝴蝶的体表覆盖着一层细小的鳞片，每当气温上升时自动张开，减少太阳光的辐射角度和减少对阳光的热能吸收，气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴蝴蝶体表，阳光是射到鳞片上，蝴蝶便能吸收更多的热量，这样即使气温变化较大，它所处的位置有时收到阳光直射，有时处于地球阴影区域而无阳光，当受到阳光的辐射，卫星温度可降到零下一二度。为使卫星内的各种仪器，仪表不致烧毁或冻伤，设计人员设计了一种控温系统，有如蝴蝶调节体温结构一样。控温系统外形似百叶窗，每扇叶的两面，辐射期散热能力不同，一面很大，一面极小，百叶窗的转动部分装有灵敏度很高热胀冷缩的金属丝控制。卫星温度上升时，金属丝膨胀，叶片便会张开。

辐射散热能力打的一面转向太阳，便于散热降温：温度下降时，金属丝冷缩，叶片便会闭合，辐射计散热能力小的那一面便会转向太空，抑制散热，起到保温作用。

04年，北京航空航天大学的学生利用仿生学原理制作的仿生蝴蝶翼飞机有良好的操作稳定性和极强的观赏性，具有很好的市场潜力。

仿生学在生活中也是时常遇到。

英国艾克赛特大学薄膜光子实验室里的物理学家乌维西克和另外两名同事，由于一次偶然的机遇，在几年前开始研究一种名叫大凤蝶的蝴蝶翅膀，这个蝴蝶的翅膀颜色本来是有黄有蓝，但是在人眼里就成为闪闪发光的绿色。他们在显微镜观察大凤蝶的翅膀发现，蝴蝶翅膀上竟然不满了下凹的小坑，这些小坑太小，尺度只有大约万分之四厘米，小坑底是黄色，而坑的斜坡是蓝色的。乌维西克用如下方式来解释为什么人看来大凤蝶的翅膀是绿色的：当光线照射到坑底时，他被反射而呈黄色，而照射到小坑一个斜坡的光线也被反射，但此反射光线又入射到另一斜坡再反射，此时，由于小坑太小，人眼无法将从坑底反射的黄色光与周围两次反射的蓝色光区分开来，从而感觉它是绿色。另外，他改变了光的极化方向，但是蜜蜂等昆虫却能。

根据这一发现，他们目前正在研究的结构，在纸币或信用卡上应用。受到在中美洲和南美洲雨林发现的蓝色大闪蝶的启发，欧洲科学家们经过数年研究，即将正式推出仿生光子化妆品。它能让光线在我们的嘴唇和睫毛上大变戏法，就像光线让蝴蝶翅膀和孔雀羽毛流光异彩一样！

英国人发现，蝴蝶翅膀由数层仅有3至四微米厚的鳞片组成，这些鳞片就想微小的屋瓦一样交替，每个鳞片的构造也很复杂。蝴蝶翅膀这种井然有序的安排形成了所谓的光子晶体，光子晶体能捕捉光线，仅让某种波长的光线透过。

此研究成果很快引起了法国化妆品业巨头欧莱雅的兴趣，欧莱雅研究人员由此开发出人工合成光子晶体并将之运用于化妆品的技术，研制出光子唇彩光子睫毛膏，光子眼影和光子指甲油等等其样品在阳光下熠熠生辉，效果惊人。

昆虫中还有大量奇特的美妙的东西，需要人去学习。

比如，蓝蝴蝶翅膀的反光却是广角的，可以在很大范围内看到。这种奇妙性能源于那些羽状物的分支并非完全位于同一平面内，而各具略为不同的倾斜角，使反光的视角大为增加。蓝蝴蝶的翅膀还具有颜色选择性。其羽状物的尺度恰好能增加蓝光的反射，而且其分支越多，反光就越强。

目前人们正在研究蓝蝶的反光机理，想仿造应有。比如改善公路上的路标，改善电脑的液晶显示器。军事们感兴趣的是仿蓝蝶翅膀的反光结构，将用于可随环境变换色彩的新型迷彩伪装；服装公司则设想仿蓝蝶翅膀做出的具有特殊光性能的衣料，将使时装展示台上更加异彩缤纷。

仿生学不光光只访蝴蝶，其他存在的昆虫也是有的很大的价值。

蜻蜓通过翅膀振动可产生不同与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/h。此外，蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停的拍打，科学家据此结构基础成功研制了直升飞机。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。蜻蜓依靠加重的翅膀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中锤，解决了因高速飞行而引起震动这个令人棘手的问题。

昆虫在亿万年的进化过程中，随着环境的变迁而逐渐进化，都在不同的程度的发展着各自的生存本领。随着社会的发展，人们对昆虫的各种生命活动掌握的越来越多。越来越意识到昆虫对人类的重要性。

我深信我们人类这样一如既往的研究昆虫、学习昆虫，我们的生活会越来越精彩，越来越美妙！

参考文献：

（1）崔蓉蓉、唐虹、卢阳，2003年3月，服装设计与仿生学，南通工学院纺织服务系

（2）彭子模，再谈仿生学的应用前景，《新疆师范大学学报(自然科学版)》 2001年01期