航天科技中的仿生学

航天服效仿小龙虾、长颈鹿

航天服和小龙虾，你能想到这两个看似相隔十万八千里的东西也存在联系吗？

众所周知，航天员能顺利出舱完成各项任务，全靠航天服的保护。航天服相当于一个小型载人航天器，能为航天员提供一个类似地球的环境，防止真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素的危害。

航天服除了要求安全系数高，还需要拥有很好的灵活度。关节部位是航天服设计中的一大难点，如果太硬，航天员难以活动；如果太软，又无法达到防护效果。为了让航天员有一件既牢固又灵活自如的航天服，科学家费尽了心思。

在设计新一代“飞天”航天服时，我国航天工程师在吃小龙虾时，从虾尾既坚硬又灵活的鳞片结构中，获得了意想不到的灵感。

小龙虾全身大部分都是坚硬的外壳，却不影响它任意弯曲，而且它在水中十分灵活。原来它身上有一种鳞片层叠的结构，将坚硬的躯壳和柔软的组织完美结合在一起，才让它如此灵活。

工程师汲取灵感，经过反复设计和试验，在航天服关节处，设计了类似虾尾鳞片的层叠结构，同时使用气密轴承，让航天服严格保证气密性的同时，使关节活动自如。

此外，航天器升空时，速度非常快，压力是人体无法承受的。而科学家发现，长颈鹿的血液通过长长的颈部输送到头部时，不会发生脑出血现象。于是，通过对长颈鹿的研究，科学家研制出适合航天飞行的“抗荷服”。当飞船飞行速度增加时，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定压力，这样可以让航天员的血压保持正常。同时，航天员腹部以下部位，要套入抽去空气的密封装置中，这样可以降低腿部的血压，有利于身体上部血液向下输送。

太空导航，灵感来自苍蝇

在宇宙中，因为缺少定位标，有时航天器会偏离航向，飞上错误的轨道。这个问题如何解决？科学家注意到苍蝇不用跑道就能直接起飞，经过研究发现，苍蝇后面一对翅膀已经退化，并形成了哑铃状的一对小棒，这就是楫翅。

楫翅是苍蝇飞行时的天然导航仪，当苍蝇在飞行时，楫翅迅速振动，频率为每秒330次。一旦苍蝇的身体发生倾斜或偏离航向，楫翅就会扭转、振动，并向大脑发出信号。这时大脑会即刻调整有关肌肉，纠正偏离的航向，保持身体平衡。

科学家根据苍蝇楫翅的导航原理，成功研制出一种音叉式振动的陀螺仪，并将它安装在高速飞行的火箭、飞机或其他一些航天器上，以自动纠正偏转的航向，保持正确的轨道运行。

苍蝇的复眼包含4000只可以独立成像的小眼，几乎可以360度看到物体。受其启发，由1300多个小镜头组成的“飞眼”相机，一次可拍摄1300多张高分辨率照片，在航天领域得到了广泛应用。

飞机高速飞行时，常会剧烈震动，有时甚至会因折断机翼而发生事故。而蜻蜓的每只翅膀前沿，都有一块加厚的深色角质层或色素斑，依靠加重的翅痣，蜻蜓在高速飞行时安然无恙。于是，人们效仿蜻蜓，在飞机两翼加上了长方形金属板，作为抗震颤装置，解决了高速飞行引起振动这个棘手问题。

卫星调温原理来自蝴蝶

科学家通过研究蝴蝶发现，蝴蝶的鳞片具有巧妙调节体温的作用。

在炎热的盛夏，当太阳光直射到蝴蝶身上时，它的鳞片会自动张开，以减小太阳光的辐射角度，从而减少对阳光热能的吸收；当气温下降时，鳞片又会自动闭合，紧贴体表，使阳光直射到身上，以便吸收更多太阳光的热量。

正是由于鳞片自动张开和闭合，蝴蝶能将自己的体温始终控制在正常范围内。

人造地球卫星在太空飞行时，会受到太阳光的强烈辐射，使向阳一面的温度高达200摄氏度，而背阴一面会降到零下200摄氏度。这样，卫星装备上的各种精密仪器、仪表很容易被烧坏或冻裂，加上温差极大，很多仪器测量也会不精准。

科学家模仿蝴蝶鳞片的功能，为人造地球卫星设计出一种高效率的调控温度装置，使卫星部分表面也有和蝴蝶一样的鳞片。当太阳直射而使其温度很高时，鳞片便会自动打开，并转换一个角度，这样就大大减少了对太阳能的吸收，使卫星温度不会太高。当外界气温下降时，鳞片便会自动闭合并紧贴体表，以吸收更多太阳能，使卫星温度不会降得太低。

此外，蝴蝶翅膀上柔软的外膜和血管时紧时松，使其能在任何飞行阶段收放自如。工程师效仿蝴蝶这一结构特征，尝试在机翼设计中，采用小型可移动表面及灵活的内部组件，从而提高飞行效率。

此前，科学家就利用蝙蝠发送超声波视物捕食，以及在飞行时躲避障碍物的特性，给飞机装上了雷达系统。

蜜蜂与导航偏光罗盘

蜜蜂在无数花朵上采蜜，从来不会迷路，这是为啥？原来，它会利用偏振光来定向。

在各个方向振动的太阳光，被大气层折射和反射后，会变成某个方向占优势的偏振光，蜜蜂就是利用偏振光来确定太阳方位的。

蜜蜂有一双复眼，每只眼睛都由6300只小眼组成，由于复眼的特殊构造和特殊功能，使它们对偏振光很敏感，即使乌云密布，它们也能根据太阳方位的变化，进行时间校正。

因此，它们外出采蜜和回巢，从来不会迷失方向。在蜜蜂偏光定向本领的启示下，科学家研制出了偏光罗盘，应用于航海和航天领域。无论是烟雾弥漫的白天，还是伸手不见五指的黑夜；无论是白茫茫的海面上，还是一望无边漆黑的夜空中，这种罗盘都能使轮船和一些航天器保持正确的航向。

蜂窝是由一个个排列整齐的六边形小蜂房组成的。事实上，蜂窝并不是一个纯粹的六棱镜，而是一个底部由3个菱形组成的“尖顶六棱柱形”。

为了使航天器能达到足够的速度，运载火箭必须提供相当大的推力。航天器重量越轻，运载火箭的“负担”就越轻，航天器就可以飞得越高越远。为了减轻航天器的重量，科学家从蜂窝结构中得到了灵感。在制造飞船时，首先将金属材料做成蜂窝状，然后用两块金属板夹住，形成蜂窝状结构。这种结构的飞船容量大、强度高、重量轻，不易传导声音和热量。因此，当今的航天器和其他飞行器都采用这种蜂窝结构。

航天技术打造仿生“毛毛虫”

在火箭生产制造以及发射前的准备工作中，如何对狭小区域内的多余物、设备状态进行查看，一直是个难题。我国科学家发明了一款尺蠖仿生机器人，有望解决这一难题。

尺蠖就是我们所说的毛毛虫。由中国运载火箭技术研究院打造的这款机器人，通过电能驱动机械运动，模拟毛毛虫“收缩—展开”的爬行动作，实现弯曲、扭转等大幅变形。这种连续不断的变形，让它具备更强的环境适应能力，后续通过改进，还能通过陡峭或上下起伏的路径，完成各种角度的转弯、掉头等动作。

未来，这款机器人还可搭载微型摄像头、红外线等传感设备，在管道、发动机内部等狭小或有毒危险环境下，完成检测、废墟救援等工作，应用前景十分广阔。