自然云课堂之昆虫与仿生学

人类利用对昆虫的研究，根据各种昆虫结构与功能工作的原理制作出了许多有用的东西，这就是昆虫仿生学。现在，就让我们去了解一下生活中都有哪些东西是受昆虫的启发而被发明出来的吧！

人造卫星控温系统

当我们的手指接触到的蝴蝶翅膀时会留下一层细细的带有其自身颜色的粉末，那其实是蝴蝶翅膀上的“鳞片”。这些鳞片覆盖在蝴蝶的翅膀上，像极了薄屋顶上排列的瓦片，鳞片的结构及其排列方式使蝴蝶翅膀显示出颜色和光泽。而蝴蝶调节自身体温的方式正是翅膀上的鳞片。

放大200倍的蝴蝶翅膀鳞屑

在高倍显微镜下观察，鳞片实际上是一个个扁扁的小囊，在拇指盖大小的蝴蝶翅膀上，可以排列6000多个小囊。这些小囊一行一行并列叠合在一起，就像房上的瓦片那样整整齐齐。每当气温上升，阳光照射到鳞片上时，这些细小的鳞片就会自动张开，减少阳光的辐射角度，从而减小蝴蝶对阳光热能的吸收；而当外界气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片来增强翅膀对热能的吸收。这样，即使气温变化很大，蝴蝶依然能够把自己的体温控制在正常的范围里。

当人造卫星在太空遨游时，受到阳光的强烈辐射，它的温度会非常的高，而在阴影部分，温度会下降到零下200摄氏度左右。科学家们得益于蝴蝶鳞片的控温原理，成功掌握了控制人造卫星温度变化的办法——热控百叶窗。

覆盖在卫星表面的每个“鳞片”，其正反两面辐射、散热能力完全不同，正是这些能够根据外界温度变化进行自动开合调整的“鳞片”，才使得卫星的温度被有效控制在安全的范围内。

振动陀螺仪

昆虫学家研究发现，苍蝇的1对前翅用于飞行，1对后翅已退化成哑铃状的“平衡棒”。苍蝇飞行时，棒翅以300次/s的频率振动，棒翅的振动频率跟前翅的一样，但方向却相反，可以在飞行时起到稳定和平衡的作用；如果身体发生倾斜和偏离航向，或振动平面发生变化时，“平衡棒”的茎部感受器就会感觉到，并传递给大脑神经中枢，从而迅速地平衡身体并纠正航向；如果去掉一只棒翅，那么苍蝇就失去平衡感觉了。

苍蝇的“平衡棒”给科学家带来了很大的启发，并据此发明了振动陀螺仪。和普通的陀螺仪不同，振动陀螺仪不仅体积小重量轻，还具有高灵敏度和动态范围广的优点，广泛应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。常见的振动陀螺仪有音叉振动陀螺仪、压电振动陀螺仪和壳体振动陀螺仪三种。

其中音叉振动陀螺仪又称音叉谐振陀螺仪，它的主要部件像只音叉，是通过一个中柱固定在基座上的。装在音叉两臂四周的电磁铁使音叉产生固定振幅和频率的振动，就像苍蝇振翅的振动那样。当飞机、舰艇或火箭偏离正确航向时，音叉基座和中柱会发生旋转，中柱上的弹性杆就会将这一振动转变成一定的电信号，传给转向舵，使航向得以纠正。

苍蝇的“平衡棒”与振动陀螺仪

复眼相机

世界上长有复眼的动物很多，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，虾、蟹等甲壳动物都长着复眼。复眼是昆虫主要的视觉器官，复眼是由很多小眼组成的，每个小眼都有独立的视觉，复眼视觉是众多小眼视觉综合的结果。

对于白天活动的昆虫，它们的复眼分辨率较高；对于夜间活动的昆虫，它们的复眼能感受到夜间的弱光；复眼的体积小、重量轻、视场角大、时间分辨率高；复眼对运动目标敏感；复眼对紫外、蓝光、绿光最敏感；复眼能够利用天体光、地面目标信号做出定向导航。

    蜻蜓的复眼在昆虫界堪称最大，占据了头部的2/3以上。其构造异常复杂，这为蜻蜓在飞行过程中捕捉小虫子提供了极大的便利，使其成为捕捉害虫的高手，几乎每次都能精准命中目标。蜻蜓的复眼使蜻蜓拥有广阔的视野和出色的视角分辨率。复眼相机模仿了这种结构，拥有许多微小的镜头，可以捕捉到广阔的视角。这不仅提高了相机的视野范围，还增强了其捕捉快速移动物体的能力。

蜻蜓复眼中的每一个小眼睛都可以独立运作，这使得蜻蜓能够从多个角度观察目标。同样，复眼照相机也具备这一特性，可以拍摄出多角度的图像，从而实现全景拍摄。除此之外，蜻蜓复眼的构造使得蜻蜓能够在高速飞行中捕捉到快速移动的目标。复眼照相机也具备这一特性，可以在高速运动的场景中捕捉到清晰的图像。

复眼相机的应用范围非常广泛，不仅在摄影领域有着重要的作用，还被应用于军事、航空、医疗等多个领域。例如，军事领域可以利用复眼照相机实现全方位监控，而航空领域则可以利用其进行高速飞行中的图像捕捉。总之，昆虫复眼的构造和功能为科学家们提供了宝贵的灵感，使得复眼相机成为了现代科技领域的重要发明之一。

蜻蜓的复眼

昆虫身上还有很多秘密等待我们揭开，昆虫仿生学也在不断发展。

撰稿：李阳  唐梦婷

审核：邓璐冰

编辑：陈明霞