1、第25课,生物的启示,鸟的蛋壳很薄，但能承受比较大的压力，这与它的卵形结构有很大的关系。根据这个道理，人们发明了表面弯曲、形如蛋壳的薄壳建筑结构，既坚固又节省材料。 有些植物的叶子很薄很大、很长，但能挺拔地伸展在空中。这是为什么呢？如果仔细观察可以发现，这些植物叶子的边缘常是卷曲的，甚至卷成筒形，依靠这种形状，增加了叶的强度，使叶能挺拔生长。根据这种原理，人们发明了筒形叶桥，既坚固又节省材料。,许多重大发明都受到了生物的启示 请大家读读下面的文字吧!想一想什么是仿生。,蝙蝠是夜间活动的动物，在伸手不见五指的黑夜，蝙蝠能在空中、树林中、山洞里自由飞翔，捕食飞虫。是不是蝙蝠的视力特别好呢？据观察蝙
2、蝠的视力特别差，不是靠眼来识别方位和周围物体的，而是靠自身发出的超声波来定位、识别物体的。它在飞行中，从嘴、鼻发出人听不见的声波超声波，超声波能向着一个固定的方向快速传播，遇到障碍就会返回，被蝙蝠的耳朵接受。根据声波返回的时间及其他方面的情况，蝙蝠就能判断前面有什么物体及有多远，是食物，捕捉；是障碍，躲开。根据这个原理，人们发明了雷达。雷达是利用无线电波发现目标并测定方位的设备。雷达主要由发射机、天线、接收机和显示器四部分组成。发射机通过天线向空中定向发射电波，电波如果在空中遇到障碍飞机、导弹、云层等，就会反射回来，被天线接收，经接收机的放大、加工，在显示器的荧光屏上显示出障碍物的种类、方位、
3、距离。雷达广泛应用在航空、航天、军事、天气预报等方面。,昆虫的每只眼睛由很多小眼构成，叫做复眼。它们在看周围的物体时，在眼里可以同时形成很多的像。人们仿照昆虫眼睛的构造，发明了多镜头照相机和多镜头摄像机，一次可以拍成很多张像。这在摄影、摄像以及其他方面有很大用途。机器人是仿照人的器官及其作用的机器。机器人的构造可以分为三个大部分：一是操纵部分，人根据需要，输入各种指令；二是电脑，将输入的指令加工、处理、输出，指挥机械部分工作；三是机械部分，通常包括动力、传动、工作三个基本组成部分。有的机器人具有人的外形，有的机器人看上去只相当于人的某一个部分，例如机械手。机器人可以代替人做很多工作，比人做得更
4、快、更精确、更好。,仿生学是生物学、数学和工程技术学等学科相互渗透、交叉而形成的一门新学科。作为 一门独立的学科，仿生学出现于20世纪60年代初。它主要研究生物的结构和性质、能量转换和信息传递，把得到的知识用来改善现有的机械、仪器、建筑结构和工艺过程。目前，仿生学的研究主要集中在感觉器官的模拟;大脑神经细胞、神经网络的模拟;动物定位、导航功能的模拟;生物力学和生物化学的模拟等方面。这些生物模拟已成为现代发展新技术的重要途径之一。,了解仿生学,几个仿生实例 （1）带锯刺的小草和锯子 相传我国古代的著名工匠鲁班，他在土木工程方面有许多创造发明。有一次，鲁班上山伐木被野草划破了手。他摘下草叶轻轻一摸
5、，发现叶子边缘有许多锋利的小齿。于是鲁班就在铁片上做出小齿，经过反复试验和改进，终于发明了当时急需的木工用锯子。 （2）海豚和潜水艇 海豚是游泳能手，时速可达53千米，在追捕食物和逃避敌害时，速度还能增大一倍。主要原因是海豚的体形呈良好的流线型，还有特殊的皮肤结构像个很好的消振器，所以海豚在水中受到的阻力很小。现代潜艇的外形很像海豚，还在潜艇表面上覆盖人造海豚皮，使潜艇在水中受到的阻力至少降低一半，使潜艇的速度大筇岣撸步谠剂巳剂稀 （3）杉树和电视塔 云杉为适应山上长年累月的狂风袭击，树干底部显著增粗，形成圆锥形。人们模仿云杉对大风的适应，把建造在风速达80米/秒山顶上的电视塔设计成类似圆锥体
6、，就能抵抗住大风袭击。 （4）飞机和蜻蜓翅膀 蜻蜓在长期的进化中有一种抗颤振的结构，那就是在翅膀末端前缘长有“翅痣”，如果把它们切除，蜻蜓就飞不好。现代飞机机翼末端前缘也有类似的“配重区”，用来消除颤振。,（5）狗鼻和电子鼻 狗的嗅觉十分灵敏，它的嗅觉比人灵敏100万倍。现在人们已研制成功比狗鼻灵敏1000倍的电子鼻。电子鼻是一种气体检测器。各种电子鼻的构造、原理、灵敏度不尽相同。它常被用来检验化学物品，鉴别食物好坏，测定空气污染程度，分析密闭舱的气体成分，甚至用来帮助医生诊断疾病。此外，高分辨力、高灵敏度的电子鼻还可用来代替警犬，进行侦缉、反毒、防卫、救援等工作，因此也叫电子警犬。 (6)袋
7、鼠和跳跃器 袋鼠是生活在开阔草原、沙漠地区的哺乳动物，它的运动方式十分 特殊，用强有力的后肢跳跃前进，每小时可跑40千米50千米。跳跃器是模仿袋鼠运动方式的无轮汽车，它能在崎岖不平的地方和沙漠地带通行无阻。 替人在环境恶劣、危险场所或动作要求精细复杂的工作岗位上不知疲劳地工作着。新一代的机器人还将模仿人的自学本领，更好地代替人的劳动。,【连接生物与技术的桥梁】 自从瓦特（17361819）在1782年发明蒸汽机以后，人们在生产斗争中获得了强大的动力。在工业技术方面基本上解决了能量的转换、控制和利用等问题，从而引起了第一次工业革命，各式各样的机器如雨后春笋般的出现，工业技术的发展极大地扩大和增强
8、了人的体能，使人们从繁重的体力劳动解脱出来。随着技术的发展，人们在蒸汽机以后又经历了电气时代并向自动化时代迈进。 20世纪40年代电子计算机的问世，更是给人类科学技术的宝库增添了可贵的财富，它以可靠和高效的本领处理着人们手头上数以万计的各种信息，使人们从汪洋大海般的数字、信息中解放出来，使用计算机和自动装置可以使人们在繁杂的生产工序面前变得轻松省力，它们准确地调整、控制着生产程序，使产品规格精确。但是，自动控制装置是按人们制定的固定程序进行工作的，这就使它的控制能力具有很大的局限性。自动装置对外界缺乏分析和进行灵活反应的能力，如果发生任何意外的情况，自动装置就要停止工作，甚至发生意外事故，这就
9、是自动装置本身所具有的严重缺点。要克服这种缺点，无非是使机器各部件之间，机器与环境之间能够“通讯”，也就是使自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这一难题，在工程技术中就要解决如何接受、转换。利用和控制信息的问题。因此，信息的利用和控制就成为工业技术发展的一个主要矛盾。如何解决这个矛盾呢？生物界给人类提供了有益的启示。,人类要从生物系统中获得启示，首先需要研究生物和技术装置是否存在着共同的特性。1940年出现的调节理论，将生物与机器在一般意义上进行对比。到1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上，1947年，
10、一个新的学科控制论产生了。,控制论是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制论的创始人之一维纳（18941964)给予控制论的定义是“关于在动物和机器中控制和通讯”的科学。,虽然这个定义过于简单，仅仅是维纳关于控制论经典著作的副题，但它直截了当地把人们对生物和机器的认识联系在了一起。 控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统内有某些共同的规律。根据控制论研究表明，各种控制系统的控制过程都包含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常，取决于信息运 行过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制
11、元件、部件、线路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看，控制系统就是一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处，于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣，并且采用物理学的、数学的甚至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此，控制理论成为联系生物学与工程技术的理论基础。成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。,仿,生,你是否看过一群小小的蚂蚁，在墙壁爬动着？它们时时抬这像沙子一般小的食物，成群结队的走动。那细小的身材，生命十分柔弱，只要被人一压，它的一生，可能就这样结束。蚂蚁虽然渺小，但非常团结。一只蚂蚁找到食物，由于食物的体积太大，自己无法搬运，它便立刻回巢，通知伙伴，大家一起团结起来，就能成功了。我们也是一样，如果不能团结，像一盘散沙一样，一点力量都没有；如果能合作，在做人处世上就能屹立不摇。 仙人掌生活在沙漠地区，那里酷热无比，还有许多恶毒的猛兽，处境十分危险。但是仙人掌生活在那里许久，却不见它绝种，这是因为它为了适应险恶的环境，长出了尖锐的刺，使动物们无可奈何。这似乎告诉我们，必须克服困难，外在艰苦的环境，要靠自己坚强的毅力去解决。俗语说：【天下无难事，只怕有心人】就是这个道理。 大自然中，给我们的启示实在太多了，只要用心体会，都能让我们对生命有更深一层的体认，像仙人掌、蚂蚁，不都是很好的例子吗？,启示,知识链接,
