昆虫仿生学在世界的应用

1、福建农林大学公选课奇妙的昆虫与仿生学测验性论文仿生学在材料中的应用专业：统计学姓名：李学号：座号：20成绩：时间：2011年11月10日摘要：自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展 的需要，强化了许多优异的结构和特殊功能，值得人们在材料上很好地借鉴并发 挥。材料研究仿生学就是模仿生物系统的原理来建造先进材料装备技术系统或者 使人造材料装备技术系统具有生物系统特征的一门科学。关键词：仿生学仿生设计材料自然界在亿万年的选择进化演变过程中，形成了具有完美结构和组织形态及 独特优异性能的生物材料，如哺乳动物的蚯蚓表面的润滑功能和减阻特性，苍 蝇的复眼和平衡棒的特性，鲨鱼盾鳞片

2、肋条结构以及其减阻的特性，蝴蝶翅膀 表面的疏水性和自清洁的特性等等。这些天然生物复合材料一方面具有许多优 异于绝大多数人工材料的物理化学性能，如人工材料难以达到的损伤自我愈 合、功能自恢复、机能自稳定及环境适应性的等优良性能，另一方面，其性能 具有一般人工材料所无法达到的数值。如蜘蛛丝具有极好的机械强度，是钢丝 的5倍以上，且蜘蛛丝的弹性为尼龙的2倍，另外它还就有高柔韧性和较高的 十湿模量。1模仿苍蝇平衡棒的应用1.1苍蝇的简介在生物学上，苍蝇属于典型的“完全变态昆虫”。70年代末统计，全世界有 双翅目的昆虫132个科12万余种，其中蝇类就有64个科3万4千余种。主要蝇 种是家蝇、市蝇、丝光绿

3、蝇、大头金蝇等。苍蝇具有一次交配可终身产卵的生理特点，一只雌蝇一生可产卵5-6次，每次产 卵数约100-150粒，最多可达300粒左右。一年内可繁殖10-12代。苍蝇多以腐 败有机物为食，因此常见于卫生较差的环境。苍蝇具有舐吮式口器，会污染食物， 传播痢疾等疾病。在生态系中，苍蝇的幼虫扮演动植物分解者的重要角色。苍蝇 的成虫由于嗜食甜物质，因此也能代替蜜蜂用于农作物的授粉和品种改良。临床 医学上，活蝇蛆可接种于伤口之中，起杀菌清创，促进愈合之作用。富含蛋 苍蝇白质的蝇蛆又是重要的饵料、饲料，可工厂化生1.2苍蝇飞行和触觉方面的行为习惯苍蝇临危一跃之前，它的小脑瓜里就已经在盘算着潜在威胁来袭的方

4、位了，它想 好逃跑方案，将6条腿调整至最佳位置，然后朝着与苍蝇拍来袭方向相反的方向 一溜烟地飞跑了。从苍蝇觉察到苍蝇拍，到这一整套动作全部完成，只需短短 100毫秒。苍蝇善于飞翔。飞行速度可达每小时68千米，最高每昼夜飞行818千米。 但平常多在孳生地半径100200米范围内活动，大都不超过12千米。 苍蝇身上有“全景摄像机”一一一对复眼包含着3000只单眼（所谓的小眼），白 天可进行全方位扫描；一到夜晚，单眼便起余光放大作用。尽管苍蝇看见的图像 有点歪斜、有点变形，但这并不影响它们发现“敌人”的每一个动作。所以，要 想对付苍蝇，必须具有比苍蝇更神速的感觉和行动。作为控制中心的一对触角是 苍蝇

5、的信息收发系统，它们能处理化学刺激、电刺激、接触刺激；同时，苍蝇的 毛腿具有触觉、嗅觉、味觉和爬行等多种功能。苍蝇尚有一种天生的起飞艺术： 在展翅飞翔前，先将自己的身体垂直地弹射到空中。所以不能想当然地从前上方 拍苍蝇或抓苍蝇，而是应从正上方落手。1.3苍蝇的平衡棒苍蝇只用一对前翅飞行，一对后翅己退化成哑铃状的“平衡棒”。这对小棒能 使它飞行时保持身体平衡并随时纠正航向，不致于在原地兜圈子。如果没有平衡棒，可以飞行，但是不能控制航向或者在原地兜圈子。1.4苍蝇的蝇眼蝇眼十分特殊，共有5只。其中3只较小的是单眼，是感觉亮度强弱的，另外 2只为复眼，每只由许多六角形的视觉单位小眼组成。这众多的小眼

6、都自成体系， 有独立的光学系统和通向大脑的神经，这些小眼的视觉神经都能互相配合，既能 协调一致又能独立工作。因此，蝇眼不仅有速度、高度的分辨能力，并且能从不 同的方位感受视像，这也就是人们用蝇拍从背后打它也易被发现的原因。这种复 眼具有很高的时间分辨率，它能把运动的物体分成连续的单个镜头，并由各个小 眼轮流“值班”。1.5苍蝇的平衡棒在火箭上的应用（1）火箭苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了 “振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。火箭依靠火箭发动机产生的推力，得到向前飞行的速度，同时，这个速度 已经足够的大，使得火箭可以依靠自身弹体产生

7、的气动升力托起火箭（导弹也这 样，不过导弹有一些弹翼，可以产生部分气动升力）。同时，火箭在平飞过程中， 弹身轴线并非水平，而是与水平面有一定夹角（迎角）。该迎角既是保证弹体产 生气动升力的原因，同时也使得火箭的推力有向下分量，可起到平衡部分火箭重 量的作用。（2）三轴陀螺的差分控制，以及加速度计的计算得到的，如果火箭偏离方向， 那么这些传感器得到信号，经过处理和放大之后，通过液压系统推动火箭喷口方 向（或导向火箭方向）使其改变力作用的方向而控制飞行。2模仿蝴蝶翅膀表面疏水性与自清洁性2.1疏水性于自清洁性研究的意义湿润性事固体表面的重要特征之一，同时由于当前水资源的短缺，表面节能 问题也越来越

8、引起人们的兴趣。而超疏水表面在工农业生产和人们的日常生活中 有着极其广阔的应用前景，由此引起了人们的普遍关注。人们发现自然界许多生物的表面具有自清洁性，当有污染物落到其表面上 时，它们能够很轻易的达到自清洁目的，而要想清洗同等面积的人工表面却要花 费几倍的努力。如果从仿生学的角度出发对这些表面进行研究，并把研究成果应 用到生产生活中，显然对于节约水资源和提高国民生产总值意义重大。2.2蝴蝶的形态及生长发育蝴蝶成虫的外部形态分为体躯、翅、足和腹4大部分。体躯分为圆球形或者 半球形的头部和作为蝶类的运动中心的胸部两大部分。头部上有1对复眼、1对 触角、一个进食用的口器和一对下唇须。胸部分为前胸、中

9、胸和后胸3部分，它 们的下部分分别长有一对足。在中胸和后胸的背面分别生有一对翅膀，其中前翅 膀比后翅膀大。蝴蝶是一类完全变态的昆虫。它的一生包括了四个时期：卵期、幼虫期、蛹期 和成虫期。平时看到的蝴蝶大多是它们的成虫。蝴蝶在完成四个时期时的时间长 短不一，视蝴蝶种属而定。蝴蝶成虫的寿命因为种类的不同而有着明显的差别。 蝴蝶中有的是短命鬼，如菜粉蝶只活20余天：有的却是老寿星，例如尖钩粉蝶 能活10个月左右。2.3蝴蝶翅膀表面的湿润性和自清洁性湿润是一种流体取代界面上另一种流体的界面现象，通常是指液体从固体表 面取代气体的过程。表面湿软是固体表面的重要特征之一，也是最为常见的一类 界面现象，它不

10、仅直接影响自然界中东、植物的生命活动，而且在人类的日常生 活和工农业生产中也起着重要的作用。不同种类的蝴蝶表面进行静态接触角度测定，发现蝴蝶翅膀表面具有超疏水性， 其接触角在141163.5之间。研究了甲醇/水溶液对蝴蝶翅膀表面湿润性的影 响，同时用油脂和酸碱溶液对蝴蝶翅膀表面进行湿润性试验，计算了蝴蝶表面的 自由能。试验结果表面，峡蝶科、凤蝶科等具有大鳞片种类的接触角于湿润性普 遍要比弄蝶科、灰蝶科种类的要好。因此认为蝴蝶翅膀表面的疏水性是由其表面 的微米级围观结构和鳞片表面的纳米级微观结构引起。蝴蝶表面的滚动角（接触角的滞后值），发现在相同温度下滴液在翅膀表面 上滚动时结果不同，顺着鳞片方

11、向时可以很轻易的滚动，逆着鳞片方向时缺很难 滚动。对蝴蝶翅膀表面的抗污染进行观测，在同等污染条件下，有鳞片是的蝴蝶 翅膀表面要比无鳞片的表面更易于清洗。为了使试验有对比性，选择具有不同微 观尺度的蜻蜓表面和贝壳表面进行相同试验，发现由于微观尺度的差异，其疏水 性与自清洁性能不如蝴蝶翅膀表面明显。2.4模仿蝴蝶翅膀的应用（1）科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益，在武器上 面涂上斑斓的颜色。为战士做的迷彩服。（2）将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射（3）散热能力相差很大的百叶窗样式,在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的 金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫

12、星内部温度的恒定，解 决了航天事业中的一大难题。4小结与讨论仿生学在材料科学中的分支称为仿生材料学，它是指从分子尺度直至宏观尺度的跨尺度生 物材料的结构特点、构效关系，进而研发出类似或者由于原生物材料的一门新兴学科，是化 学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。仿生材料是指模仿生物的各种特点或者特性而 研制开发的材料。通常吧仿照生命系统的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工 材料称为仿生材料。仿生设计不仅要模拟生物对象的结构，更要模拟其功能。将材料科学、 生命科学、工程科学和技术相结合，对于推动材料科学的发展具有重大意义。参考文献侯东芳，周根树，郑茂盛、贝克珍珠层断裂过程的原位观察及其

13、增韧机制分析。材料科 学与工程学报。2007,25（3）“388-391陈洪渊、仿生材料与微系统。科学中国人。2004，（4）“28刘楚生，黎华寿.荔枝害虫防治策略慨述论文集M.北京：中国科学技术出版社,2000，693.毛振伟，周贵恩，李凡庆等。贝克的微结构研究。2001,15（6）： 541王庆希、水到用时方恨少、决策探索，2002（9）： 52-54孙业英主编、光学显微分析、北京清华大学出版社，2001.10福建农林大学公选课奇妙的昆虫与仿生学测验性论文（黑体小三、居中）萤火虫萤光色素及其利用（黑体二号、居中）（以下宋体四号，行距固定值20磅）（空七行）专业：植物保护姓名：李东文学号：0

14、80206027座号：88成绩：时间：2011年5月10日摘要：三角新小卷蛾是荔枝、龙眼叶梢的重要害虫。其以幼虫卷叶为害严重影响摘要：三角新小卷蛾是荔枝、龙眼叶梢的重要害虫。其以幼虫卷叶为害严重影响 新梢的抽发。近几来，该虫的发生为害呈逐年加重的趋势。本文综述了近10年 来该虫的研究近况，描述了其各虫态的形态特征、生物学特性及综合防治方案和 措施。关键词：三角新小卷叶蛾；生活习性；防治荔枝、龙眼是多年生常绿果树，主要分布在广东、广西、福建、海南和台湾 等省区，种植历史悠久。我国荔枝栽培面积目前已达60万hm2,占世界总产量的 90%u。但在生产过程中也存在许多问题，如标准化生产程度不高、单产低

15、，有 的产品质量欠佳。造成这些问题的原因是多方面的，病虫为害是其中的一个主要 方面。在荔枝的栽培过程中，害虫的危害成了制约荔枝生产的主要因素之一。但 由于受生产力水平及果农科技水平的限制，荔枝害虫的防治目前仍以化学防治为 主导，给荔枝的生产带来了一系列负面影响，如害虫在猖獗、害虫抗药性增强、 荔枝果实农药残留及环境破坏加重等问题W。随着人们文化生活水平的提高， 无公害绿色食品越来越成为人们饮食消费的主流。所以，研究其它防治措施以取 代化学防治为主的综合防治措施是实现可持续农业与可持续植保的必然要求。1形态特征（黑体四号）1.1成虫（宋体小四，加黑）体长7.07.5mm，翅展1718mm。头部黑

16、褐色，头顶毛丛疏松，复眼半球 形，黑色。雌雄触角均为丝状，基部较粗，黑褐色，前翅在前缘约2/3处有一淡 黄色三角形斑块。后翅前缘从基角全中部灰白色，其余为灰黑褐色。1.2卵长椭圆形，长0.520.55mm，宽0.250.30mm，正面中央稍拱起，卵表有 近正六边形的刻纹。初产乳白色，将孵化时呈黄白色。2生活习性三角新小卷蛾在福州1年发生78代，世代重叠。以幼虫在叶片上吐丝结 叶苞,并在其中越冬，翌年3月中、下旬开始化蛹,5月份成虫开始发生们。室内测 定卵期34d；幼虫期最长16d，最短10d，平均13.1d；蛹期最长13d，最短6.5d， 平均为8.7d。产卵前期12d，成虫寿命615d6。3

17、防治方法3.1农业防治根据三角新小卷叶蛾发生为害特点，以及荔枝龙眼生产特点，加强栽培管理 工作，在荔枝、龙眼的各次新梢期，做到合理施肥，促新梢抽发整齐健壮，缩短 该虫的产卵和为害时间，以减轻为害。3.2人工防治冬季清园，修剪病虫害枝叶，扫除树盘的地上枯枝落叶，消除部分虫源；结 合中耕除草，铲除果园内的杂草，减产越冬虫口基数。同时，在发生严重的果园， 结合果园农事活动，及时摘除虫苞，减少虫源。3.3药剂防治3.3.1药剂种类(宋体小四)首先应在花蕾期用药，一般选用较低毒的生物制剂，如Bt生物制剂的800 倍液，或1.8%害极灭40005000倍液，或复方虫螨治可湿性粉剂600倍液幻。 3.3.2使用方法选用90%晶体敌百虫8001000倍液等杀虫剂进行喷洒防治6, 8。4小结与讨论卷叶蛾类是农作物及林木的重要害虫。为害荔枝龙眼的卷叶蛾主要有褐带长 卷蛾、拟小黄卷蛾、后黄卷叶蛾、黑点卷叶蛾等。三角新小卷蛾是近0多年来在 福建新发生的害虫，从发生情况来看，有逐年加重的趋势，要搞好此虫的防治， 首先要做好预测预报工作，掌握适当的时期用药是此虫防治的关键。参考文献(黑体小四，加黑，居中)1刘德广，张润杰.荔枝主要害虫及其防治J.