向昆蟲拜師

身體分頭、胸、腹三部分，有三對(duì)足、兩對(duì)翅，頭上生著一對(duì)觸角，長(zhǎng)著一對(duì)復(fù)眼三只單眼，一個(gè)口器，這就是昆蟲。全世界已知?jiǎng)游锍^150萬(wàn)種，其中昆蟲就有100萬(wàn)種以上。昆蟲不但種類多，而且個(gè)體數(shù)量也十分驚人。從赤道到兩極，海洋、河流到沙漠，高至世界的屋脊，下至幾米深的土壤里，都有昆蟲的存在。科學(xué)家在研究昆蟲的過程中，努力向昆蟲學(xué)習(xí)，發(fā)明多多。

學(xué)蛀蟲發(fā)明盾構(gòu)機(jī)

一根好好的木頭，出現(xiàn)一個(gè)小孔，細(xì)細(xì)的木屑不斷地從洞中排出來。劈開一看，原來是一條蛀蟲在鉆孔，它那來如此的能耐？這引起了英國(guó)工程師布魯諾的興趣，他觀察小肉蟲的口器怎樣推進(jìn)，又怎樣將木屑撥出來，于1825年發(fā)明了開挖隧道的盾構(gòu)機(jī)。早期的盾構(gòu)，主要是利用盾構(gòu)機(jī)械所特有的盾殼作為支護(hù)，防止地層的坍塌，基本上是采用人工開挖方式。經(jīng)過不斷改進(jìn)，現(xiàn)在已變成了全自動(dòng)的隧道施工機(jī)器人。

盾構(gòu)機(jī)形似一個(gè)橫臥大鐵桶，直徑超過11米，人站在上面，顯得很渺小。機(jī)頭就像一張圓臺(tái)面，上面嵌滿一塊塊“刀片”。整個(gè)盾構(gòu)設(shè)備長(zhǎng)度超過100米，包含各種機(jī)電設(shè)備和千斤頂，里里外外幾乎全是鋼結(jié)構(gòu)。在推進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)頭緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，“刨”開泥土，平均每分鐘能前進(jìn)1.3厘米左右，每推進(jìn)一段距離后，盾構(gòu)機(jī)要停一停，伸出鐵臂，在它挖洞的內(nèi)壁上，安裝一環(huán)管片。工人把管片中的螺絲擰緊，管片的長(zhǎng)度正好把隧道內(nèi)壁“捆”一圈。拼完一環(huán)后，盾構(gòu)機(jī)又往前推進(jìn)，停下，再拼一環(huán)管片……如此“一環(huán)扣一環(huán)”，一條隧道便由無數(shù)環(huán)管片連接而成。

現(xiàn)在，全世界共生產(chǎn)各種類型的隧道盾構(gòu)機(jī)約8000余臺(tái)，它們有大有小，在地鐵施工、海底和過江隧道的開挖、管線鋪設(shè)中大顯神通。

獨(dú)角仙式飛行器

甲蟲的特點(diǎn)是體外有的甲殼，有一種長(zhǎng)喙甲蟲，喙伸出占身體的1/3，銅綠的色彩十分艷麗，看起來有點(diǎn)笨拙，取名“獨(dú)角仙”。

獨(dú)角仙身體粗短，重量在40~50g，看它的翅膀面積，用傳統(tǒng)的飛行理論計(jì)算，會(huì)得出它們的升力不足，飛行能力肯定不行。而事實(shí)上獨(dú)角仙是一種特別能飛的甲蟲，它的飛行機(jī)理，是現(xiàn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)理論無法解釋的。據(jù)計(jì)算，獨(dú)角仙的飛行升力竟是目前最先進(jìn)機(jī)翼的2倍。飛行時(shí)它硬翅張開，發(fā)揮如同飛機(jī)固定翼的作用，里邊的膜翅張開后，比前翅要大出許多，能產(chǎn)生強(qiáng)大的振翅運(yùn)動(dòng)，悠悠欲仙地在空中飛來飛去，不知有多自在。

科技人員模仿獨(dú)角仙的飛行姿態(tài)，設(shè)計(jì)了一種新式飛機(jī)。將兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)在主翼后方，前翼帶有很大的翼肋，沒有尾翼。這種外形似獨(dú)角仙的飛機(jī)，由于沒有尾翼，大主翼的頭部可以彎曲，用于改變飛行方向，機(jī)動(dòng)性能相當(dāng)好，我國(guó)空軍使用的第三、四代殲擊機(jī)，均采用這種外形設(shè)計(jì)。

仿生蠅眼探測(cè)儀

昆蟲的頭部都有五只眼睛，三只單眼，兩只復(fù)眼。在顯微鏡下觀察復(fù)眼的結(jié)構(gòu)，它是由一個(gè)個(gè)六邊形和四邊形的小單位組成的，這些“小眼”有4000多個(gè)。據(jù)科學(xué)家研究，蒼蠅的每一個(gè)“小眼”都是一個(gè)小透鏡，有獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，有通向視中樞的感光細(xì)胞，也就是說每一個(gè)“小眼”都能成像。深一步研究發(fā)現(xiàn)，如果把每一個(gè)“小眼”的光信息整合，能形成全視場(chǎng)的圖像。蒼蠅正是靠復(fù)眼，獲得比人眼分辯率高得多的運(yùn)動(dòng)視覺信息。實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)物體擺在人眼前0.05秒，人方能看清它是什么，而蒼蠅的復(fù)眼只要0.01秒就能看清了，判定的速度是人眼的5倍。蒼蠅的“小眼”從不同的視角掃描，經(jīng)視中樞分析，能很快確定目標(biāo)的位置和速度，對(duì)運(yùn)動(dòng)著的物體有極好的探測(cè)和跟蹤本領(lǐng)。美國(guó)科學(xué)家用這一原理，制造了宇宙射線探測(cè)器，它由880個(gè)人造“小眼”相互聯(lián)結(jié)，對(duì)天空進(jìn)行全天候的觀測(cè)，記錄宇宙高能射線的運(yùn)動(dòng)軌跡，為天文學(xué)家提供各種天體信息。

新式豉蟲滑水板

豉蟲俗稱水鱉子，身體呈橢圓形，雄蟲長(zhǎng)約7毫米，雌蟲較大。甲殼黑色或黃色，閃閃有光澤。頭頂及前胸背部十分光滑。有意思的是它的復(fù)眼分離，有上下2對(duì)，上方1對(duì)，可以看空氣中的東西，下方1對(duì)，適于水中視物。前肢長(zhǎng)，中、后兩肢短小而側(cè)扁。它們生活在池沼中，個(gè)個(gè)是游泳能手，特別有趣的是它們喜歡在水面旋回游泳，就像一葉微小的沖鋒舟機(jī)動(dòng)靈活。豉蟲為什么能在水面游轉(zhuǎn)自如呢？從表面看它沒有什么特別，秘密在它的兩對(duì)后足，用手摸后足的附肢，阻力特別大，好像有膠水沾住的感覺。將附肢在顯微鏡下觀察，就能看到上面有密密的細(xì)毛，正是這些細(xì)毛使得水的表面張力能輕而易舉地托住它。

受豉蟲附肢毛的啟示，科技人員設(shè)計(jì)出一種新式的滑水板，它用泡沫塑料制成，觸水一面摸仿豉蟲后足的結(jié)構(gòu)。游泳的人可以將上半身趴在滑水板上，雙腳拍打水面，滑水板就會(huì)向前推進(jìn)，十分安全。這種滑水板勝過游泳圈，適合初學(xué)游泳者使用，成了孩子們的最愛。

昆蟲觸角傳感器

觀察任何一種昆蟲，都會(huì)看到頭部形態(tài)各異、長(zhǎng)短不一的觸角，而且觸角總是在不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。觸角是昆蟲感知物體形狀、種類和硬度，判斷不同氣味的探測(cè)儀。觸角的表面有很多的小孔，在孔的底部充滿著感覺細(xì)胞，能感知不同的物體和氣味信息。昆蟲對(duì)氣味的探測(cè)特別靈敏。一只雌蛾發(fā)出的性信息激素，在10千米范圍內(nèi)的雄蟲都能探測(cè)到，這時(shí)每立方米空氣中的信息分子只有幾個(gè)。

人類使用的各種機(jī)器，特別是自動(dòng)化程度很高的儀器、機(jī)器和機(jī)器人，對(duì)外界情況的感知全靠各種傳感器。在自動(dòng)化機(jī)床加工時(shí)，精度的控制就靠一根針狀的測(cè)量?jī)x，它完全是模仿昆蟲的觸角制成的。它用螺絲調(diào)整高度，靠磁力改變方向，但與昆蟲觸角無法相比。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在科學(xué)家已能用數(shù)字電路造出靈敏、快速的氣體分析儀，它只有人的指甲大小。這種儀器現(xiàn)已裝置在航天飛船的座艙內(nèi)，為揭示宇宙的化學(xué)成分而工作。氣體分析儀也可用來測(cè)量潛水艇和礦井里的有毒氣體，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，保護(hù)員工的生命安全。

蟻式六足機(jī)器人

機(jī)器人是人類的一大發(fā)明，它們有各種類型，其中以擬人的機(jī)器人最引人注目。走進(jìn)第五屆沈陽(yáng)中國(guó)國(guó)際裝備制造業(yè)博覽會(huì)，一進(jìn)G館的大門，就會(huì)有童聲傳入你的耳朵：“大家好，我是服務(wù)型機(jī)器人，我叫亮亮。”它是沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司的產(chǎn)品，亮亮身高0.8米，用輪式行走，有教育、娛樂、安全和個(gè)人助理四大功能。亮亮的下一代月月，將裝上選擇注意力等多種智能芯片，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，達(dá)到六七歲兒童的會(huì)話水平。在工程學(xué)中，人形機(jī)器人的本事遠(yuǎn)不能同多足機(jī)器人相比，最為引人的是模仿螞蟻的6足機(jī)器人。螞蟻?zhàn)呗酚挚煊址€(wěn)，能穿洞，會(huì)爬墻，能倒能轉(zhuǎn)，可后四足站立，前兩足工作。所以在林地作業(yè)、礦山開采、隧道作業(yè)中，均用6足機(jī)器人。在發(fā)展機(jī)器人中，昆蟲的獨(dú)特結(jié)構(gòu)功不可沒。

靈活螻蛄挖掘機(jī)

開挖大的隧道、地鐵施工、開山洞可以用盾構(gòu)機(jī)，但在城市市政工程中開挖一條小溝，鋪設(shè)一條管道，場(chǎng)地窄小，大型機(jī)械無法施展，只得用人工開挖，勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知。設(shè)計(jì)生產(chǎn)小型的打溝挖洞機(jī)，成了工程技術(shù)人員的日思夜想的事。工程師們?cè)O(shè)想了多種方案都不理想，最后在研究螻蛄中得到啟發(fā)，制造出了螻蛄式挖掘機(jī)。

螻蛄是在地下生活的昆蟲，又叫土狗子，還有拉拉蛄、地拉蛄等多種名稱。它身體狹長(zhǎng)，頭小呈圓錐形。復(fù)眼小而突出，單眼2個(gè)。前胸背板橢圓形，背面隆起如盾，兩側(cè)向下伸展，幾乎把前足基節(jié)包起。前足特化為粗短結(jié)構(gòu)，基節(jié)短寬，腿節(jié)略彎，片狀的脛節(jié)很短，三角形，帶有很強(qiáng)的端刺，適于開掘。如果你捉到一只螻蛄放在泥地上，不一會(huì)兒它就鉆地逃遁了。螻蛄挖地速度之快，完全在它的挖掘足和背盾。技術(shù)人員，模仿螻蛄的挖土，設(shè)計(jì)出一種小型的挖掘機(jī)，它能開溝，打水平洞，操作自如，成了城市施工不可少的設(shè)備。

大有用處蟲型機(jī)

一只小蜜蜂在你的頭上飛，嗡嗡聲比普通的蜜蜂大，原來這是一只最新研制出來的昆蟲機(jī)器人。它裝有攝像頭、各種傳感器，2007年在美國(guó)肯尼迪航天中心同航天飛機(jī)一起升空，參與火星探測(cè)。

“蟲型飛機(jī)”的翅展小于15毫米，自重不超過50克，載重要求在10克以上。1991年美國(guó)林肯MIT實(shí)驗(yàn)室率先制造出了一架名為“機(jī)器蟲”的小型飛機(jī)。

像昆蟲大小的飛機(jī)，精密度要求很高，起初只在軍事偵察領(lǐng)域使用，現(xiàn)在已經(jīng)逐步向民用、農(nóng)業(yè)等方面過渡。未來的“蟲型飛機(jī)”不僅可以執(zhí)行搜索、轟炸等軍事任務(wù)，在胸腔手術(shù)時(shí)，還能飛入人體內(nèi)執(zhí)行手術(shù)任務(wù)。蟲型飛機(jī)是精密制造、微電子、仿生學(xué)綜合技術(shù)應(yīng)用的成果。