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发人深省的对比

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:Muhar - 小 + 大

   

发人深省的对比


人类仿生的行为虽然早有雏型,但是在 20 世纪 40 年代以前,人们并没


有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。科学家对于生物学的研究

也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的

依赖于他们卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,进行着人工发明。他们很少有意

识的向生物界学习。但是,以下几个事实可以说明:人们在技术上遇到的某

些难题,生物界早在千百万年前就曾出现,而且在进化过程中就已解决了,

然而人类却没有从生物界得到应有的启示。

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。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。以后经过改进,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,艇身重量增加使可它潜入水中。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。潜艇要起浮

时,将压缩空气通入水舱排出海水,艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮。

如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮。但是后来发现鱼类的沉浮系统

比人们的发明要简单得多,鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉

的控制,而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼

鳔中气体含量,促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统,对于潜

艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。

声音是人们生活中不可缺少的要素。通过语言,人们交流思想和感情,

优美的音乐使人们获得艺术的享受,工程技术人员还把声学系统应用在工业

生产和军事技术中,成为颇为重要的信息之一。自从潜水艇问世以来,随之

而来的就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防偷袭;而潜艇沉入水中后,

也须准确测定敌船方位和距离以利攻击。因此,在第一次世界大战期间,在

海洋上,水面与水中敌对双方的斗争采用了各种手段。海军工程师们也利用

声学系统作为一个重要的侦察手段。首先采用的是水听器,也称噪声测向仪,

通过听测敌舰航行中所发出的噪声来发现敌舰。只要周围水域中有敌舰在航

行,机器与螺旋桨推进器便发出噪声,通过水听器就能听到,能及时发现敌

人。但那时的水听器很不完善,一般只能收到本身舰只的噪声,要侦听敌舰,

必须减慢舰只航行速度甚至完全停车才能分辨潜艇的噪音,这样很不利于战

斗行动。不久,法国科学家郎之万(1872~1946)研究成功利用超声波反射

的性质来探测水下舰艇。用一个超声波发生器,向水中发出超声波后,如果

遇到目标便反射回来,由接收器收到。根据接收回波的时间间隔和方位,便

可测出目标的方位和距离,这就是所谓的声纳系统。人造声纳系统的发明及

在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果,曾使人们为之惊叹不已。岂不知远

在地球上出现人类之前,蝙蝠、海豚早已对“回声定位”声纳系统应用自如

了。

生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中,它们利用声音

寻食,逃避敌害和求偶繁殖。因此,声音是生物赖以生存的一种重要信息。

意大利人斯帕兰赞尼很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行,既能躲

避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫,但是堵塞蝙蝠的双耳后,它们在黑暗中

就寸步难行了。面对这些事实,帕兰赞尼提出了一个使人们难以接受的结论:

蝙蝠能用耳朵“看东西”。第一次世界大战结束后,1920 年哈台认为蝙蝠发

出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第

一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是,哈


台的提示并未引起人们的重视,而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技

术是难以相信的。直到 1983 年采用了电子测量器,才完完全全证实蝙蝠就是

以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮

助了。

另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多・达・芬

奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器 400 年之后,人们经过长期反复的实践,

终于在 1903 年发明了飞机,使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进,

30 年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类,显示了人

类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时,设计师又碰到了

一个难题,就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时,机翼发生有害的

振动,飞行越快,机翼的颤振越强烈,甚至使机翼折断,造成飞机坠落,许

多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有

害的颤振现象,经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前

缘的远端上安放一个加重装置,这样就把有害的振动消除了。可是,昆虫早

在三亿年以前就飞翔在空中了,它们也毫不例外地受到颤振的危害,经过长

期的进化,昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀

时,发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅

痣。如果把翼眼去掉,飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织

使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害,这与设计师高超的发明何等相似。假

如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用,获得有益于解决颤振的设计思想,就

可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼,飞机设计师大

有相见恨晚之感!

以上这三个事例发人深省,也使人们受到了很大启发。早在地球上出现

人类之前,各种生物已在大自然中生活了亿万年,在它们为生存而斗争的长

期进化中,获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明,生物在

进化过程中形成的极其精确和完善的机制,使它们具备了适应内外环境变化

的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、

信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等,显示出许多

机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干

扰性实在令人惊叹不已。

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