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鹞是一种猛禽,形状像鹰,但比鹰小,在空中交替飞行,它时而悬停在高空,时而翻着筋斗,时而腾空飞窜,时而又俯冲而下,惊险而又灵活的飞行技巧,给人带来了许多启发。英国人模仿鹞,设计出了一种“鹞式战斗机”。这种飞机可以垂直起降,还能像“鹞”那样在空中低速飞行,就地转弯,倒退。甚至停在空中,这些“绝技”飞行是一般战斗机所无法进行的,而这种鹞式飞机精巧灵便,是人类研究和模仿鸟类制造出的最新成果。
信天翁是一种海鸟,飞行不像其他的鸟,要不停地扇动翅膀,忙得很。它依靠一对天生的宽大翅膀滑翔。科学家受此启发,研究制造了滑翔机。这种机器只要给它少许动力,让它舒展双翼,就能够在空中飘飞,可以用来载人或载物,实施海上救护等。
……
现代航空技术已飞速发展,先进的飞机时速可达3700千米,但飞机的飞行本领有许多方面仍不及飞鸟。有一种“军舰鸟”,它的翅膀骨骼仅有100克重,而两翅展开却有2米多长,因此,它飞行时消耗的能量和动力非常少。比“军舰鸟”更节省“燃料”的是一种叫作金『色』鹬的小鸟,它从加拿大越海连续飞到南美洲,行程3900千米,而体重只减轻60克。现代航空技术若能赶上这种效率,那么一架轻型飞机飞行30千米,只需耗用0。5升汽油,仅相当于目前用量的1/9。看来,我们需要从鸟身上学习的东西还有很多。伴随着仿生学的发展,未来新型飞机的设计将会增添奇光异彩。我们相信,蓝天中“银光闪闪的大铁鸟”家族也一定会越来越兴旺。
【小档案】
鸟的飞行也不是没有缺点的,甚至会犯错误。主要有这几种情况:一是飞行中常常出差错。每年都会有鸟与飞机或其他飞行器相撞的悲剧发生,说明它们在飞行中“刹车”的本领仍不过硬。还有的鸟会不慎落到池塘里,或者撞到树上。根据慢动作的影片映出的一群鸟类着陆情景,我们会发现,它们要靠摆动尾巴或像小孩坐滑雪小橇似的拖着一脚,作出最后的纠正。二是起飞的方式也不是每种鸟都相同,都轻松自如的。身体重的鸟需要很大的能量,像天鹅起飞时既要有一条跑道,同时又要用力扑打双翼,才能达到足够的速度离开地面。而且所有的大鸟都要迎着起飞,道理和飞机一样,增加和空气的相对速度,否则无法扶摇直上来完成飞天之旅。当然,从整体上讲,鸟类在飞行上的本领仍是大自然中最杰出的,鸟本来就应该属于蓝天。
第十五章 打开心灵的窗户——昆虫与照相仪器()
小问号
红的花、绿的草、蓝的天……五彩缤纷的大自然美景,让我们的眼睛『迷』恋,心灵沉醉。眼睛是“心灵的窗户”,人的喜怒哀乐透过眼睛这扇“窗户”能看得真真切切。昆虫的眼睛与人类的眼睛不同,许多昆虫都长着复眼,虽然我们无法了解它们的喜怒哀乐,但是揭开那无数颗小眼睛里隐藏的秘密,为人类研制高级照相仪器带来了许多好消息……
昆虫的眼睛结构应该说是大同小异,它们复眼的数量及形状却是千变万化。蜻蜓的头上长着一对很发达的眼睛,里面有许许多多六角形的小眼睛。这些眼睛,少的有1万多只以上,最多的达28000只。地下蚁的复眼比较少,只有6个。在显微镜下,复眼仿佛是许多六角形的美丽图案,既十分紧密地组合在一起,又非常有分寸地隔开。每个小眼都是1个传光系统和敏感的视觉细胞。每个小眼都针对不同的方向,反映的都是形象中的一个片段。所以在夏天,我们从蜻蜓的背后,蹑手蹑脚的去捕捉它,往往是无功而返,望“飞”兴叹!
提起苍蝇,我们往往会感到作呕。可是,这种喜欢追逐臭味的昆虫也不是一无是处,那对奇特的复眼就是由4000多个小眼构成的。它的眼睛几乎占据头的大半,虽然眼睛不能转动,可是这没关系,它的脖颈能自由转动,所以瞻前顾后,环视左右不但毫无问题,而且比人类观察四周情况还方面得多、准确得多。它利用这些小眼能把看到的物体形象迅速汇集起来,形成一幅完整的画面,并准确地判断物体与自己的距离、方位等。
科学家通过对蝇眼的研究,设计制造出“蝇眼”照相机。它的镜头是由1329块极其微小的透镜粘合而成的,一次能拍摄到1329张照片,分辨率高达4000长/厘米。通过这种照相机可以大量复制电子计算机精细的显微电路,帮助技术人员查找电路问题,还可以用来进行邮票印刷的制版工作。如果一块版上印几十枚邮票,那么一次拍照就足以制成一块版,而不需要像普通照相机那样,一张张地拍摄几十次呢!人类模仿蝇眼制造了“蝇眼透镜”,可以用来大量复制电子计算机的集成电路,大大加快了军用文书的复制和军用电子设备的生产速度。
蝇眼,帮助人类更新了立体电视的显示系统。立体电视制造初期,它的显示系统往往是用大量的圆柱形透镜,并排垂直于电视屏。可是,这种显示系统有明显缺陷,只要观众站在旁边观看,图像就不是立体的了。后来,电视制造专家借助仿生学家的研究成果,制造出一种很像蝇眼的复合透镜阵列,用三组这样的透镜安装在发『射』端,在接收端也有这一样一组透镜,所以不论从哪个角度来看电视,都是生动『逼』真的立体图像了。
科学家还发现,在夏日里喜欢打着“灯笼”漫步的萤火虫,也长着4000多只复眼。于是,人们仿照萤火虫的小眼排列方式制造了复眼透镜。这是一种新型的光学系统,可以应用于记录立体信息、激光制导等技术系统中。
打开“心灵的窗户”,研究昆虫复眼精巧的构造和特异功能,不断改进照相仪器,离不开昆虫复眼给我们的许多宝贵启示。现在,人类模仿昆虫复眼光学系统的结构研制的先进照相仪器,已广泛地运用于工业、卫生、航天、军事等领域。
【小档案】
第一架照相机诞生于18世纪中期。16世纪初,意大利画家根据“小孔成像”的原理,发明了一种“摄影暗箱”。著名画家达·芬奇曾在他的笔记里作过描述:当光线通过一座暗室壁上的小孔的时候,在对面的墙上就形成了一个倒立的像……接着,又有人对“摄影暗箱”进行了改进,为它增加了一块凹透镜,使倒立的像一下子变成正立的像,看上去舒服多了;后来,有人在墙上放上一块45度角的平面镜,使画面更清晰『逼』真……但是,这只是像的投影而不是照片。18世纪中期,一位名叫达孟尔的人发明了新型感光材料碘化银,用它作底片装在“摄影暗箱”上,终于在这种特殊的纸上显出像来。至此,世界上第一架照相机诞生了。1858年,英国的斯开夫发明了一种手枪式胶板照相机。1946年,兰德和宝利发明了“一次成像”照相机。
第十六章 如果切掉了平衡棒——昆虫与新型陀螺仪()
小问号
在弱肉强食、各显神通的大千世界,弱小的昆虫可谓微不足道。可是,生活在地球上的100多万种昆虫,在长期的生存竞争中,不断进化、优化,炼就形形**的“拿手绝技”:有的昆虫可以用改变飞行的姿态或位置来调节体温,有的昆虫用与周边环境相似的拟态来躲避天敌的追杀……其中,双翅目昆虫的楫翅(平衡棒),成为许多昆虫的天然导航仪,也为人类研制新型陀螺仪带来了重要启示!
日常生活中,我们往往把没有目的地东碰西撞的行动说成“像无头苍蝇一样”。其实,如果把任何双翅目昆虫的楫翅(平衡棒)切掉,它们的飞行就会像没有头的苍蝇一样,东倒西歪,失去了方向感。楫翅是昆虫后翅的一个微小器官,形状像哑铃,是调节昆虫翅膀向后返回运动,并保持虫体的紧张『性』,使昆虫能一举飞离开去,而最重要的功能是能够使昆虫在飞行中保持航向不偏离既定的目标。因此,生物学家称它是昆虫的“天然导航仪”。
生物学研究发现,双翅目昆虫在飞行时,它们的楫翅以每秒330次的频率振动着。当虫体倾斜、俯仰或偏离航向时,楫翅振动平面即刻发生变化,这个变化被其基部的感受器所感受,并把偏离的信号发送到昆虫的脑子里。昆虫的大脑收集这些信号后立即发出相关指令给有关的肌肉组织,就会把偏离的航向纠正过来(蛾子、蝴蝶、甲虫等没有楫翅,但是它们触角能在水平面上振动,发挥着楫翅一样的功能)。以苍蝇为例,它有高超的飞行技巧。譬如说,大鸟起飞要助跑,小鸟和大多数的昆虫起飞要弹跳,而苍蝇却什么都不需要。它能做各种巧妙的飞行,如:向上飞升,垂直下降,定悬空中,突然侧飞和回头飞行等。总之,它随时可以向任何方向飞行。那么,苍蝇是靠什么来迅速起飞和保持平衡的呢?依靠的就是苍蝇的楫翅,能保证苍蝇在飞行时迅速转动,随时保持平衡。
我们知道,陀螺在转动时,它的轴总是朝着一个方向不变的。利用这个原理制造的陀螺仪是飞机、轮船、火箭惯『性』导航系统的重要感受器。可是,这种陀螺仪都有高速旋转的转子,不易小型化,要制造高精密度的、小型化陀螺仪,需要寻找新的途径。科学家正是根据双翅目昆虫的楫翅的导航原理,研制成功了一种音叉式振动的陀螺仪,成为新型的导航仪器安装在高速飞行的火箭和飞机上。它的体积很小,主要部件