苍蝇真有趣:浑身高科技

2015-03-10 13:09
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  哪里脏乱,哪里腥臭,哪里便准是苍聚集的场所。因此,苍总是不受人们欢迎的。然而,在科学家眼中苍却浑身是宝。法国科学家曾深有感慨地说:“小小的一只苍身上有大量的‘高科技’传感器,如神经、肌肉感应器官、信息反馈循环和调节控制系统等”。

  昆虫世界的“战斗机”

  苍
个头虽小,却能以40公里的时速飞行;如果发现情况,能在3%秒的瞬间迅速起飞;苍飞行一整天却只消耗食物1/10克。美国一位生物学家说:“苍是所有飞虫中,飞行最稳定,机动性能最佳的。在昆虫世界,苍就是喷气式战斗机。”现在,美国国防部的高级官员们和许多生物研究学家正在以前所未有的热情来关注这种不起眼的动物。日前,美国的科学家宣称,他们已经利用仿生学原理制造出了世界上第一只能飞翔的“机器”。与那些大的间谍飞机相比,这个由美国科学家研制的“微型苍”可算得上“微乎其微”了,他们研制的这只机器名叫“黑寡妇”,重量只有100毫克,身高不到3厘米。但它能在100米上空飞行,人们用肉眼几乎发现不了它,而它却可以拍出极为清晰的照片传回。

  机器
,未来的超级间谍

  虽然机器
的研制目前还处于初级阶段,但美国对有望成为“微型间谍”的机器极为重视,美国军队自1998年这项研究刚刚开始时就一直大力资助。他们设想,机器可以帮助军方完成侦察阿富汗山洞或是寻找伊拉克秘密武器等艰巨任务。而在未来战争中,机器甚至可以带上微型炸药,飞到敌方总部,将其指挥官炸死,或炸掉其指挥中心的所有仪器。总之,机器将完成过去“007”远远完成不了的任务,成为名副其实的“超级间谍”。

  研究人员说,在未来的机器
身上,将安装许多传感器和微型摄像机,因此他们能做的事情还有很多。比如可以用来发现森林火灾,在灾难中搜寻废墟中的幸存者。在太空探索中,机器也大有可为。在未来登上新星球后,机器可代替航天员,在各种复杂条件下完成拍照、摄影、取样等工作。

  苍
的翅膀上分布着20块功能不同的肌肉,如何模仿肌肉运动实现飞行,成为研究的重点。美国研究人员为了弄清苍翅膀如何工作,用了4年、近2000个小时的研究时间,做了30多个模型,最终,他们利用一种类似玻璃纸的原材料,造出了只有10毫米长、3毫米宽、5微米厚的仿生翅膀。它能够每秒钟扇动150下,而且还让机器实现了绑附在一根细线上的半自主飞行。科学家们说,他们希望在未来两年内让机器像真苍一样完成起飞、空中飞行和着陆等动作。

  灵巧机器人的模特

  我们知道,当代的机器人最大的缺陷就是过于笨拙,这往往是由于机器人的视觉传感器和机械反应传感器不灵敏以及笨重电源造成的。

  为了解决这些难题,法国科学家把研究的对象确定在苍
上。他们首先弄清楚了苍如何“看东西”这个问题。他们认为,是物体或者动作触发了苍大脑的单个神经,激发了苍的视觉系统,从而“看”到了某样东西。

  法国科学家发现,当苍
做直线飞行的时候,它所看到的只是二维的空间,简化了大脑所要处理的信息。只有当它要转弯的时候,它才会处理“距离”这一信息,以免撞上障碍物。

  这个发现,揭开了苍
如何凭着如此小的大脑,处理非常大量的信息从而达到自如飞行,高速飞行而不会撞上障碍物的秘密。这个秘密启发着科学家研制出了新一代的机器人。他们按照10毫克苍的比例制造出一个重达10公斤的机器人。这个机器人有一双象苍那样的由100个透镜构成的复眼。而常规机器人靠着数据信号的处理,这些信号全部被输入到保真的真空元件中,然后靠摄像机来“看”周围的情况。模仿苍研制的新一代机器人,依据每个透镜提供的模拟数据,对周围实际环境的变化做出反应,于是可以达到像苍那样的灵活。这种机器人最大的特点就是它的“大脑”,会依次处理当时最急需的问题。如需要转弯时它只管处理与转弯有关的“距离”信息,而不用管其他信息。从苍身上学到最重要的一点就是如何利用最少的能源,最快的时间,最少的花费来处理传感器信号。由于新一代军用机器人具备这种特殊的“本领”,所以它无需声纳、红外探测仪或摄像机等笨重的附件,从而大大增加了机器人的灵活性。这种新型军用机器人可广泛用于战场侦察、太空“天军”作战、从事间谍活动等。

  蝇眼的启示多多

  人的眼睛是球形的,苍
的眼睛却是半球形的。眼不能像人眼那样转动,苍看东西,要靠脖子和身子灵活转动,才能把眼睛朝向物体。苍的眼睛没有眼窝,没有眼皮也没有眼球,眼睛外层的角膜是直接与头部的表面连在一起的。

  从外面看上去,
眼表面(角膜)是光滑平整的,如果把它放在显微镜下,人们就会发现眼是由许多个小六角形的结构拼成的。每个小六角形都是一只小眼睛,科学家把它们叫做小眼。在一只眼里,有3000多只小眼,一双眼就有6000多只小眼。这样由许多小眼构成的眼睛,叫做复眼。

  蝇眼中的每只小眼都自成体系,都有由角膜和晶维组成的成像系统,由对光敏感的视觉细胞构成的视网膜,还有通向脑的视神经。因此,每只小眼都单独看东西。科学家曾做过实验:把眼的角膜剥离下来作照相镜头,放在显微镜下照相,一下子就可以照出几百个相同的像。用这种照相机可以进行邮票印刷的制版工作。

  世界上,长有复眼的动物可多了,差不多有1/4的动物是用复眼看东西的。像常见的蜻蜓、蜜蜂、萤火虫、金龟子、蚊子、蛾子等昆虫,以及虾、蟹等甲壳动物都长着复眼。

  科学家对
眼发生兴趣,还由于眼有许多令人惊异的功能。

  如果人的头部不动,眼睛能看到的范围不会超过180度,身体背后有东西看不到。可是,苍
的眼睛能看到350度,差不多可以看一圈,只差脑后勺边很窄的一小条看不见。

  人眼只能看到可见光,而
眼却能看到人眼看不见的紫外光。要看快速运动的物体,人眼就更比不上眼了。一般说来,人眼要用0.05秒才能看清楚物体的轮廓,而眼只要0.01秒就行了。

  眼睛所看到的,是通过光传导的信息。不过眼睛并没有把它所看到的全部信息都上报给大脑,而是经过挑选把少量最重要的信息传给大脑。
眼这种接收及处理信息的能力,比人们制造出来的任何自动控制机都要高明。

  蝇眼还是一个天然测速仪,能随时测出自己的飞行速度,因此能够在快速飞行中追踪目标。

  根据这种原理,目前人们研制出了一种测量飞机相对于地面的速度的电子仪器,叫做“飞机地速指示器”,已在飞机上试用。

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