自然界的生物都是人类的老师!你能举例说明吗?

Question

自然界的生物都是人类的老师!你能举例说明吗?

Answer 1

动物仿生学


生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线,抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索.船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿.

响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理,研制开发出来的现代化武器.


火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理.


科研人员通过研究变色龙的变色本领,为部队研制出了不少军事伪装装备.


科学家研究青蛙的眼睛,发明了电子蛙眼.


白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆,还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂.于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹.


美国空军通过毒蛇的“热眼”功能,研究开发出了微型热传感器.


我国纺织科技人员利用仿生学原理,借鉴陆地动物的皮毛结构,设计出一种KEG保温面料,并具有防风和导湿的功能.

根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理,人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹.人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯.人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”.科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具.
仿生学是人类一直使用的方法,如模仿海豚皮而构造的"海豚皮游泳衣"、科学家研究鲸鱼的皮肤时,发现其上有沟漕的结构,于是有个科学家就依照鲸鱼皮构造,造成一个薄膜蒙在飞机的表面,据实验可节约能源3%,若全国的飞机都蒙上这样的表面,每年可节约几十亿.又如有科学家研究蜘蛛,发现蜘蛛的腿上没有肌肉,有脚的动物会走,主要是靠肌肉的收缩,现在蜘蛛没有肌肉为什么会走路?经研究蜘蛛不是靠肌肉的收缩进行走路的,而是靠其中的"液压"的结构进行走路,据此人们发明了液压步行机……总之,从自然界得到启迪,模仿其结构进行发明创造.这就是仿生学. 这是我们向自然界学习的一个方面.

另一方面,我们还可以从自然的规律中得到启迪,利用其原理进行设计(包括设计算法),这就是智能计算的思想.

智能计算

智能计算,也有人称之为"软计算",就是借用自然界（生物界）规律的启迪,根据其原理,模仿设计求解问题的算法.如：人工神经网络技术、遗传算法、进化规划、模拟煺火技术和群集智能技术等.

群集智能（Swarm Intelligence）

群居昆虫以集体的力量,进行觅食、御敌、筑巢的能力.这种群体所表现出来的"智能",就称之为群体智能.如蜜蜂采蜜、筑巢、蚂蚁觅食、筑巢等.从群居昆虫互相合作进行工作中,得到启迪,研究其中的原理,以此原理来设计新的求解问题的算法.

蚂蚁算法

蚂蚁觅食时,在它走过的路上,留下外激素,这些外激素就象留下路标一样,留给后来"蚁"一个路径的标志.后面的蚂蚁,就会沿着有外激素的路径行走（外激素越多引诱蚂蚁的能力就越强）.科学家们对此进行过试验：用人造的外激素在纸上画上一条路径,对蚂蚁进行试验.结果蚂蚁果然都沿画有外激素的路径行走.

B

D

蚁穴 A

C 食物

蚂蚁寻食时,由蚁穴出发,可沿AC,也可沿ABC（见上图）,设各蚂蚁寻到食物后沿原路回穴,并在路上留下外激素,那么因AC路径短,故当它们沿AC返回时,就在AC上留下两次外激素.而沿ABC返回者,因其路径长,仅回到D点,于是AD一段只留过一次外激素（即其上的外激素的浓度比AC上的浓度淡）,故这时从蚁穴出来寻食者就会沿浓度大的路径AC行走……最后大多数的蚂蚁都会沿较短的路程进行寻食. 利用这个原理科学者们就设计了蚂蚁算法(进行求最短程).

上面是个简单的原理,当然要设计出切实可行的算法,还要将模型进一步精确,如要计及外激素的挥发(即激素的浓度将随时间而逐步降低等等).

用蚂蚁算法求最短程

1.一群蚂蚁随机从出发点出发,遇到食物,衔住食物,沿原路返回

2. 蚂蚁在往返途中,在路上留下外激素标志

3. 外激素将随时间逐渐蒸发（一般可用负指数函数来描述,即乘上因子e-at）

4. 由蚁穴出发的蚂蚁,其选择路径的概率与各路径上的外激素浓度成正比

蚂蚁算法还可以应用于很多实际问题,例如用于重建通讯路由,管理公司的电话网,对用户记帐 收费等工作,任务分配问题等

不要停,继续思索

进一步,将每个蚂蚁看成是一个神经元,它们之间的通讯联络,看成是各神经元之间的连接,只不过这时的连接不是固定的,而是随机的.即用一个随机连接的神经网络来描述一个群体.这种神经网络所具有的性质,就是群体的智能
科学家们从蜻蜓翅膀末端的一块比周围略大一些的厚斑点得到了启示,从而解决了飞机机翼因剧烈抖动而破碎的现象.