人与自然 系列丛书-第257章

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层里的特征叠加在一起，经过综合，青蛙便看到了原来的完整图像。　
　　根据蛙眼的视觉原理，借助于电子技术，人们制成了多种“蛙眼电子模型”。其中，最简单的是“昆虫检测器”模型。　
　　蛙眼电子模型还可以像真蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。这种图像识别能力是雷达系统所需要的。雷达工作时，往往受到各种干扰，使显示屏上的影象看不清楚。依据蛙眼分别抽取图像特征的工作原理而改进的雷达系统，能够在显示屏上清晰地从强背景噪声中区分出目标来，因而提高了雷达的抗干扰能力。这种雷达系统也能快速而准确地识别出具有特定形状的飞机、舰船、导弹等，特别是能够根据导弹的飞行特性，将真假导弹区分开来，从而不被作为诱饵的假导弹所迷惑。它还可以有效地把预定要搜索的目标与其他物体分开，特别是把目标与背景分开。　
　　模仿蛙眼的工作原理，人们还制成了另一种“电子蛙眼图像识别机”，它可以成为机场飞行调度员的出色助手。这种装置可以监视飞机的起飞与降落、班机是否按时到达。若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报，防止相撞。现在，国外已投入使用的一种人造卫星“自反差跟踪系统”，就是模仿蛙眼的工作原理制造出来的。




蝙蝠与“探路仪”和“超声眼镜”　
　　船只、舰艇上装置的现代声纳（声雷达），可以搜索隐蔽在水中的目标，如潜艇、水雷、鱼群、冰山、暗礁以及浅滩，也可侦察到在水面上航行的舰船。在一定距离之内，两艘装有声纳的舰艇还可相互通信。声纳探测目标的作用距离为几公里，用来通信则可以达到更远的距离。　
　　声纳是人们经过长期苦心研究，在第一次世界大战期间发明的。可是，在自然界，有些动物也生有类似的声雷达，而且结构较人造的更简单、性能更好。其中，研究最多的是蝙蝠的声雷达系统。　
　　蝙蝠是昼伏夜出的动物。不论是在茫茫暮色之中，还是在伸手不见五指、漆黑一团的岩洞和古庙里，它都能穿梭般飞来飞去，从不会相碰或撞到什么东西上。而且捕食时有惊人的灵活性和准确性，一分钟内竟能捕到十几只蚊子，简直可以做到“无一漏网”。这是因为蝙蝠有一双特别敏锐的夜视眼吗？　
　　不是。即使将它的双眼完全封住或弄瞎，蝙蝠仍能自由自在地飞翔。经过长时间的研究，人们终于弄清楚，蝙蝠的视力是很差的，它之所以有接近于“明察秋毫”的本领，正是靠了它生有一套天然声纳系统。　
　　蝙蝠的喉咙可以发出很强的超声波，通过嘴和鼻孔向外发射出去，共同构成蝙蝠声纳的“发射机”。它的接收机就是耳朵。根据耳朵接收到的反射回声，蝙蝠能够判明物体的距离和大小，是食物还是敌人或者是障碍物。人们把这种根据回声来探测物体的方式，称为“回声定位”。　
　　蝙蝠的耳朵很大，内耳也特别发达，能够接收频率很高、但密度很低的超声波回声。令人吃惊的是，蝙蝠竟能在一秒钟内发出250组超声脉冲，同时也能准确地接收和分辨同一数目的回声。蝙蝠声纳的分辨本领很高，它能分辨用0。1毫米粗的线织成的网，并能根据网洞大小而收缩两翼敏捷飞过。　
　　它能把从昆虫身上反射的超声信号与地表、树木等反射的信号区分开。　
　　蝙蝠的声纳可以同时探测几个目标，抗干扰能力也特别强。即使人为地去干扰它，哪怕干扰噪声比它发出的超声波强一、二百倍，蝙蝠声纳仍能有效地工作。成千上万只蝙蝠同住一个岩洞，它们都使用声纳，但却互不干扰。　
　　人造声纳却很难排除声波折射和水下反响现象的干扰，甚至当信（号）噪（声）比仅为1∶1时，就已经不起作用了。　
　　蝙蝠声纳还具有结构紧凑、体积小巧的特点。它最多不过几克重，体积几分之一立方厘米。而现代声纳和无线电波定位器却有几百、甚至几千公斤重，体积也往往大至几百立方分米。　
　　人们模仿蝙蝠的定位系统，制成了盲人用的“探路仪”和“超声眼镜”。　
　　这两种仪器可以发射超声波、接收回声信号并将其转变为人耳能听到的声音。经过一定训练，盲人凭“听”声音就能知道路面情况，避开障碍物了。




蜗牛壳与复合陶瓷材料　
　　在潮湿的地上，或者在树枝上，蔬菜的叶子上，常会见到蜗牛的活动。　
　　它们背着自己重重的壳，慢慢地向前蠕动，有一点儿风吹草动，软软的身子马上缩回壳里。　
　　蜗牛的壳很坚固，它给科学家们以极大启示。　
　　蜗牛等软体动物的壳实质上是一种由碳酸钙层和薄的蛋白质层交替地组成的层状结构。碳酸钙硬而脆，但蛋白质层交替地夹在其中，能防止碳酸钙层的裂纹蔓延，从而使蜗牛壳变得又硬又韧。　
　　最近，英国剑桥大学的科研小组研制出了一种类似蜗牛壳的层状组织，即用150微米厚的碳化硅陶瓷层和5微米厚的石墨层交替地叠加热压成复合陶瓷材料。碳化硅是一种非常硬而脆的陶瓷，但由于夹在中间的石墨层可以分散应力，又可以阻止一层碳化硅中的裂纹蔓延到另一层碳化硅中，因而不易碎裂，这就是仿生复合陶瓷材料。　
　　仿生复合陶瓷材料可用来制造喷气发动机和燃气涡轮机的零件，如涡轮片等，它们不仅可以提高发动机的工作温度，还可以减少喷气发动机和燃气轮机对空气的污染。




蚂蚁与人造肌肉发动机　
　　蚂蚁是动物界的小动物，可是它有很大的力气。如果你称一下蚂蚁的体重和它所搬运物体的重量，你就会感到十分惊讶！它所举起的重量，竟超过它的体重差不多有100倍。世界上从来没有一个人能够举起超过他本身体重3倍的重量，从这个意义上说，蚂蚁的力气比人的力气大得多了。　
　　这个“大力士”的力量是从哪里来的呢？　
　　看来，这似乎是一个趣的“谜”。科学家进行了大量实验研究后，终于揭穿了这个“谜”。　
　　原来，它脚爪里的肌肉是一个效率非常高的“原动机”，比航空发动机的效率还要高好几倍，因此能产生这么大的力量。我们知道，任何一台发动机都需要有一定的燃料，如汽油、柴油、煤油或其他重油。但是，供给“肌肉发动机”的是一种特殊的燃料。这种“燃料”并不燃烧，却同样能够把潜藏的能量释放出来转变为机械能。不燃烧也就没有热损失，效率自然就大大提高。化学家们已经知道了这种“特殊燃料”的成分，它是一种十分复杂的磷的化合物。　
　　这就是说，在蚂蚁的脚爪里，藏有几十亿台微妙的小电动机作为动力。　
　　这个发现，激起了科学家们的一个强烈愿望——制造类似的“人造肌肉发动机”。　
　　从发展前途来看，如果把蚂蚁脚爪那样有力而灵巧的自动设备用到技术上，那将会引起技术上的根本变革，那时电梯、起重机和其他机器的面貌将焕然一新。　
　　现在我们用的起重机一般也是靠电动机工作的，但是作功的效率比起蚂蚁来可差远了。为什么呢？因为火力发电要靠烧煤，使水变成蒸汽，蒸汽推动叶轮，带动发电机发电。这中间经过了将化学能变为热能，热能变成机械能，机械能变成电能这么几个过程。在这些过程中，燃烧所产生的热能，有一部分白白地跑掉了，有一部分因为要克服机械转动所产生的摩擦力而消耗掉了，所以这种发动机效率很低，不过只有30～40％。而蚂蚁发动机利用肌肉里的特殊燃料直接变成电能，损耗很少，所以效率很高。　
　　人们从蚂蚁发动机中得到启发，制造出了一种将化学能直接变成电能的燃料电池。这种电池利用燃料进行氧化——还原反应来直接发电。它没有燃料过程，所以效率很高，达到70～90％。




企鹅与极地越野车　
　　茫茫雪原上，到处是积雪。雪地上的摩擦力太小，车轮只能不断地空转，很难前进。但是，在冰雪终年不化的南极，平时是蹒跚而行的企鹅在紧急情况下却能以30公里/小时的速度在雪地上飞跑。这是什么原因呢？原来企鹅在南极生活了近2000万年，早已适应了那里的生活环境，成为“滑雪健将”了。只要它扑倒在地，把肚子贴在雪的表面上，蹬动起作为“滑雪杖”的双脚，企鹅便快速滑行了起来。人们由此得到启示，设计并制造了一种“极地越野汽车”。它用宽阔的底部贴在雪地上，用转动的“轮勺”扒雪前进，行驶速度可达50公里/小时。这种汽车还可在泥泞地带快速行驶。




袋鼠与跳跃机
　　带轮的汽车在沙漠上行进很困难。但生活在广阔草原和沙漠地区的一种哺乳动物——袋鼠，却有一套快速运动的本领。袋鼠是靠强有力的后肢在沙漠上跳跃前进的，每小时可以跑上四、五十公里。模仿袋鼠这种运动方式的无轮汽车——“跳跃机”已经试制成功，它在坎坷不平的田野或沙漠地区均可通行无阻。




尺蠖与坦克
　　有种动物叫尺蠖，它前进的时候是身体一屈一伸地行动，人们模仿它的行走方式，制造出了一种带有行走部分的轻型坦克。这种坦克能够越过较大的障碍物，当它隐蔽在掩体里时，能升起炮塔射击，射击后再隐蔽起来。这种坦克的通行能力比以前的坦克提高了许多。　
　　设计人员还模仿双壳贝壳的构造，设计了具有较好流线型的炮塔，并大大降低了坦克高度。这种坦克车内的武器装备排列得十分紧密，是模仿软体动物的消化器官排列的。像软体动物吃食物那样，炮弹从弹药盒进入炮塔，而后沿类似于食道的送弹槽被送到类似于胃的炮的后部，周围的类似于消化腺的药室则可收集和排出射击时产生的火药气体。在像贝壳的顶盖下面，有两个供坦克乘员半躺的座椅。这一方案，是为解决现代坦克的重要设计问题的一种卓有成效的尝试。




狗与“电子警犬”
　　狗的嗅觉比人灵敏100倍，根据气味，狗几乎可以找到任何要找的东西。　
　　经过训练的警犬更加给人以启示。模拟警犬的嗅觉，人们制成了一种电子仪器——“电子警犬”，已经在化工厂用作检测过氯乙烯毒气，测定浓度达到千万分之一。　
　　该仪器的工作原理，是基于不同物质对紫外线的选择性吸收：当气味物质从紫外灯与检测器之间通过时，一部分紫外线被吸收，这样便可确定物质的性质和浓度。这种“电子警犬”可以检测染料、漆、树酯、酸、氨、苯、瓦斯以及新鲜的苹果和香蕉的气味，其灵敏度已经达到狗鼻子的水平。另一种在某些方面比狗鼻子灵敏1000倍的“电子警犬”，也已用于侦缉工作。




苍蝇与气体分析仪
　　苍蝇也有惊人的嗅觉，它的非常灵敏的嗅觉感受器分布在触角上。这种感受器能把气味物质的刺激立即转变成神经电脉冲。模仿苍蝇嗅觉器官制成的灵敏度很高的小型气体分析仪，已用于分析宇宙飞船座舱里的气体。




蚕与人造丝
　　走进商店里，大家常会被那绚丽的丝绸所吸引。舒适的感觉，明艳的色泽，给人以极大的诱惑。在夏季拥有丝绸做成的衣裙是许多女孩子的美好心愿。　
　　丝绸是一种比较名贵