昆虫的仿生学现状及其未来发展 摘要：本文对昆虫的仿生学科学应用情况进行了综述，从蝴蝶、蜻蜓、苍蝇、蜂类、蜘蛛（不是昆虫但与昆虫相近）、蚊子、萤火虫、拟步甲虫、家蚕这九种昆虫的仿生应用情况阐述了昆虫仿生学的部分现状，并对昆虫仿生学的未来发展进行了预测与展望。 关键词：昆虫、仿生学、现状、前景 正文：仿生学（Bionics）是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有鲜明的创新性和应用性。仿生学的目的是研究和模拟生物体的结构、功能、行为及其调控机制，为工程技术提供新的设计理念、工作原理和系统构成。 1.昆虫仿生学的部分现状 1.1. 蝴蝶仿生 1．1.1. 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。二战期间，列宁格勒被德军包围，苏联昆虫家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，确保了军事基地的安全，为最后的胜利奠定了基础。后来的迷彩服也是根据该原理生产出来的，大大减少了战斗中的伤亡。 1.1.2. 科学家们们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发, 将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶 窗样式, 在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝, 随温度变化可调节窗的开合, 从而保持了人造卫内部温度的恒定, 解决了人造卫星在太空中由于位置的不断变化所引起的温度骤变，温差有时可高达两、三百度严重影响许多仪器正常工作这一航天事业中的一大难题。 1.2. 蜻蜓仿生 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。 1.3.苍蝇仿生 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, 平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。基于苍蝇视觉系统的新型摄像软件不仅能 够拍摄普通的图像,还能显示其中的重要细节。蝇的视觉系统有可能对导弹的制导与控制提供十分有益的帮助, 其中最有可能直接利用的就是蝇复眼的大场景和小场景图形背景分辨系统原理[9]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, 使科研、生产的安全系数更为准确、可靠。 1.4.蚊子仿生 打针时很多人会觉得痛，但是，蚊子在吸血时人却毫无感觉。研究表明，那些叮人不痛的蚊子的口器结构很特殊：它吸血时，带有尖锐的锯齿的口器像精巧的手术刀一样切入皮肤，然后把里面的针器推进去，只造成很小的切口。与光滑的注射器针头相比，锯齿形边缘接触面积小，减少了对人体神经的刺激，降低了疼痛感。日本科学家就模仿蚊子的口器试制了无痛注射器，但是针管易折断，因此仍需要进一步改进。 1.5．蜂类仿生 蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成, 每个小蜂房的底部由3 个相同的菱形组成, 这些结构与近代数学家精确计算出来的 菱形钝角109°28′,锐角70°32′完全相同,是最节省材料的结构, 且容量大、极坚固, 令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板, 强度大、重量轻、不易传导声和热, 是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十分敏感的偏振片, 可利用太阳准确定位。科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪, 早已广泛用于航海事业中。 1.6．蜘蛛仿生 据统计，每年大约有1亿多鸟死于与摩天大楼等高层建筑玻璃窗户或外墙的碰撞。然而鸟类们却几乎从未撞过蜘蛛丝，原因在于它们能感知到蜘蛛网反射出的紫外线。这是蜘蛛有意而为之的，避免体型较大的鸟类破坏它们的网。于是人类模仿蜘蛛的这一特性在玻璃中加入了一层类似蜘蛛网的紫外线反射结构。这一设计被证明可使鸟类撞击事件下降75%，对于保护鸟类具有重大贡献。 1.7.萤火虫仿生 萤火虫能直接将体内的化学能转化为光能，转化效率接近100%，而普通的灯泡转化率只有6%。于是人类模仿萤火虫的发光原理制造出了发光效率大大提高的冷光源。 1.8.拟步甲虫仿生 拟步甲虫是生活在纳米比亚沙漠中的一种昆虫。该沙漠是地球上最炎热、嘴干燥的地区之一，从不下雨，但一年中有6个月的时间，从大西洋偶发的强风阵阵，会为该地带来雾气，这些雾气就成为拟步甲虫赖以生存的水源。拟步甲虫的外壳上有一层仅人类头发一般厚度的凸起物，并且覆盖着一种蜡状的憎水物质。每天清晨拟步甲虫将自己的屁股高高撅起，数分钟后露珠便会在上面形成，随后流经背部的储水层，落入它们的口中。对于这种体型只有2毫米到3.5毫米大小的虫子来说，这些水分足以让它们活下去。于是人类设计师参照该极地生存的机理发明了一种成功的仿生设备。该设备由不锈钢制成，有着甲虫外壳般的造型，能够高效地收集清晨露水，并将其储存到下方的圆形储水盒中。这些水完全能够保证沙漠地区人们的生存所需。 1.9.家蚕 家 蚕的生长过程经历了变态过程，蚕结茧之后便呆在茧里直至变成成虫，而研究表明蚕的成虫的体表面积要比蚕茧大得多。家蚕鳞翅蛹内发育各时期形态特征及羽化展开过程，为研制新型空间可展结构提供了设计思路与仿生学基础数据。。前翅的三角形结构与后翅扇形结构可为后期航天器空间结构提供参考，翅脉在鳞翅上的分布规律以及交叉互通网络可为空 间可展结构稳定性提供设计灵感。 2.未来展望 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。 2.1.微纳结构和微纳系统仿生 目前，科研人员正在利用仿生学原理研制微型飞行器。这类昆虫一样大小的纳米无人机，被人们形象地称为“昆虫间谍”。未来，你周围的一只拍动翅膀的小蜜蜂可能就是只“间谍 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/0b84aebc3186bceb19e8bbae.html