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仿生学在电子信息专业上的应用一直觉得大自然很神奇，以前看《动物世界》觉得有些动物们格外聪明，它们善于利用自己的特长来趋利避害，从而在残酷的生存斗争中存活下来。大自然中的一些生物确实有这自己的独特之处，特殊的行为方式、特殊的生理构成造就了一些特殊的功能。人类通过对大自然的长期观察与研究，模仿生物的特殊本领，来进行科技创新，发展科学技术。仿生学发展迅速，用途广泛，如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的——菱形钝角109。28’，锐角70。32’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太阳准确定位。科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪，早已广泛用于航海事业中。不起眼的苍蝇也有特别之处，昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪，大大改进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照相机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪，已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、可靠。我目前学的是电子信息，这个专业的一个主要方向就是研究雷达，谈起雷达，必然就离不开蝙蝠。“在漆黑的夜里，飞机怎么能安全飞行呢？原来是人们从蝙蝠身上得到了启示。蝙蝠是在夜里飞行的，还能捕捉飞蛾和蚊子；而且无论怎么飞，从来没见过它跟什么东西相撞，即使一根极细的电线，它也能灵巧地避开。难道它的眼睛特别敏锐，能在漆黑的夜里看清楚所有的东西吗？为了弄清楚这个问题，一百多年前，科学家做了一次试验。在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛。他们把蝙蝠的眼睛蒙上，让它在屋子里飞。蝙蝠飞了几个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它一根也没碰着。科学家又做了两次试验：一次把蝙蝠的耳朵塞上，一次把蝙蝠的嘴封住，让它在屋子里飞。蝙蝠就像没头苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子上的铃铛响个不停。三次不同的试验证明，蝙蝠夜里飞行，靠的不是眼睛，它是用嘴和耳朵配合起来探路的。科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜里飞行的秘密。它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫做超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠就立刻改变飞行的方向。科学家模仿蝙蝠探路的方法，给飞机装上了雷达。雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇到障碍物就反射回来，显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上，能够看清楚前方有没有障碍物，所以飞机在夜里飞行也十分安全。”这是小学课本里面的一篇课文，大致描述了科学家根据蝙蝠利用回声定位的本领研究出了雷达。雷达的工作原理和蝙蝠的定位原理不完全相同，其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。测量距离原理是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成雷达与目标的精确距离。测量目标方位原理是利用天线的尖锐方位波束，通过测量仰角靠窄的仰角波束，从而根据仰角和距离就能计算出目标高度。测量速度原理是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展和科学研究。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示出了很好的应用潜力。比较先进的雷达系统会包括电子蛙眼。这是根据青蛙眼睛的构造设计的先进电子设备向外凸起的蛙眼具有四种感觉神经细胞:一是反差检测器,这种神经细胞能够根据外界事物的颜色、背景的不同区别它们;二是运动突变检测器,它能对飞行物体轮廓的暗色凹边产生反应,但对不动的物体则没有反应;三是边缘检测器,它可以敏锐地感觉到目标的边缘;四是变暗检测器,它能对光的强弱变化情况作出反应。这四种感觉神经细胞一一对应某一种传感器,当这四种特征同时出现时,青蛙就能清晰地看到空中的物体。根据青蛙眼睛的四种传感特征制成的蛙眼雷达,抗干扰能力很强,能快速准确地识别各种飞机、舰艇和导弹。用以监督飞机的起落,能有效地防止碰撞;一旦遇有紧急情况,便会立即发出警报。将电子蛙眼和雷达相配合，就可以像蛙眼一样，敏锐迅速地跟踪飞行中的真目标。水下信息处理的重要技术声呐就是利用海豚、鲸等仿生的。海豚没有声带，它所发出的声音是由它体内一个巧妙的声波发射机发出的。这个发射机位于海豚的喉腔前端之上，一直通到颅骨上方的呼吸孔。海豚的鼻道很特殊，实际上是起着声带的作用。在海豚气囊的后面，是近似抛物面状的颅骨，它对声波起着反射的作用，使声波只能向前辐射出去。声波发出之后，海豚靠它的下颌接受声波，再加上比黑猩猩还要发达的大脑，即有智能的声信号控制和处理中心，海豚就有了一部完备的声呐系统了。由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。天线的工作原理以及天线在工作中所表现出的许多性能，都与自然界中的动物有着非常相似的关系。许多电子设备的天线为机械扫描天线，在时域内，机扫天线往往由于转动惯量大，转动速度往往有限；当动物需要观察非前方目标时，动物也可以通过转脖子、转身体和转耳朵的方式来实现，但速度也是有限的。线天线的特点是一个面波束比较宽，而另一个面波束比较窄，宽波束用于广角探测，窄波束用于精密定位；眯眯眼动物，比如有些蛇类，同样也需要一个观察面宽，一个观察面窄，一个面搜索，一个面跟踪。天线中设计有调零天线，其目的是提高天线的抗干扰能力，方法是通过调幅和调相，但当探测方向与干扰方向之间的夹角较小时，调零天线也无能为力；动物们通过眯眯眼、缩放瞳孔、或闭只眼睛等方式，同样也是为了提高抗干扰的能力，但当观察方向与干扰方向的夹角较小时，动物们同样也无可奈何。在比幅单脉冲天线中，接收机通过来波的幅度进行反复比较获得目标的方向；某些爬型动物，如蛇类等动物，利用分叉的蛇信子对食物场进行幅度比较，并通过不断的收缩来求取食物场的方向导数，最终将沿食物场的梯度方向前进。相控阵天线是由许多天线单元构成的，并且有平面阵和共面阵之分，性能很好，搜跟一体化；在动物眼睛中，也有一种称为复眼，也类似于相控阵天线，有平面和共面之分，同样也能完成搜索和跟踪一体化的功能。天线中有双波段或多波段共用孔径天线，如多馈源、多极化天线，目的是适应不同的目标和环境；动物有双眼底共用眼球的功能，目的是适应不同的目标和环境；如师子等动物。每一种生物，都有一个精彩的故事，每一个故事，都有其独特的传奇。生物们是通过各种感知器官来探测周围的世界，我们人类也一直在认识自然、研究自然，再到利用自然的过程中得到了自身的发展，尽管如此，由于生物资源仍是一个无穷的宝库，各种生物身上还有许多知识有待我们来研究发现，这就是仿生学的意义和价值。在神奇的大自然面前，我们应该认识大自然、探索大自然、重视大自然、保护大自然。