关于智能传感器与汽车电子的分析
摘要：现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器。
关键词：智能传感器
1 汽车电子操控和安全系统谈起
近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测：汽车工业有可能超过IT产业，成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实，汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的IT 产业的增长。例如，虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占10%—15%左右，但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为22%，中、高档轿车中汽车电子已占30%以上，而且这个比例还在不断地快速增长，预期很快将达到50%。
电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，汽车（机动车）的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是，必须指出的是，除了一些车内音响、视频装备，车用通信、导航系统，以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外，现代汽车电子从所应用的电子元器件（包括传感器、执行器、微电路等）到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器（智能执行器、智能变送器）。
实际上，汽车电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。
还可以举一个安全驾驶方面的例子，出于平稳、安全驾驶的需要，仅只针对四个轮子的操控上，除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置（ABS）外，许多轿车，包括国产车，已增设了电子动力分配系统（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。现在，国内外的一些汽车进一步加装了紧急刹车辅助系统（EBA），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩制动踏板时的速度和力度，并判断紧急制动的力度是否足够，如果需要，就会自动增大制动力。EBA的自控动作必须在极短时间（例如百万分之一秒级）内完成。这个系统能使200km/h高速行驶车辆的制动滑行距离缩短极其宝贵的20多米。针对车轮的还有分别监测各个车轮相对于车速的转速，进而为每个车轮平衡分配动力，保证在恶劣路面条件下各轮间具有良好的均衡抓地能力的“电子牵引力控制”（ETC）系统等。
从以上列举的两个例子可以清楚看到，汽车发展对汽车电子的一些基本要求：
1.1 电子操控系统的动作必须快速、正确、可靠。传感器（+调理电路）+微处理器，然后再通过微处理器（+功率放大电路）+执行器的技术途径已经不再能满足现代汽车的要求，需要通过硬件集成、直接交换数据和简化电路，并提高智能化程度来确保控制单元动作的正确性、可靠性和适时性。
1.2 现在几乎所有的汽车的机械结构部件都已受电子装置控制，但汽车车体内的空间有限，构件系统的空间更是极其有限。理想的情况当然是，电子控制单元应与受控制部件紧密结合，形成一个整体。因此器件和电路的微型化、集成化是不可回避的道路。
1.3 电子控制单元必须具有足够的智能化程度。以安全气囊为例，它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此安全气囊的ECU 必须具有自检、自维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保动作的“万无一失”。
1.4 汽车的各种功能部件都有各自的运动、操控特性，并且，对电子产品而言，大多处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温，静止待命时的低温，高浓度的油蒸汽和活性（毒性）气体，以及高速运动和高强度的冲击和振动等。因此，电子元器件和电路必须要有高稳定、抗环境和自适应、自补偿调整的能力。
1.5 与上述要求同样重要，甚至有时是关键性的条件是，汽车电子控制单元用的电子元器件、模块必须要能大规模工业生产，并能将成本降低到可接受的程度。一些微传感器和智能传感器就是这方面的典范。例如智能加速度传感器，它不仅能较好地满足现代汽车的各项需要，而且因为可以在集成电路标准硅工艺线上批量生产，生产成本较低（几美元至十几或几十美元），所以在汽车工业中找到了自己最大的应用市场，反过来也有力地促进了汽车工业的电子信息化。
2 智能传感器：微传感器与集成电路融合的新一代电子器件
微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混，仍然笼统地称之为传感器，或者含糊地归纳为汽车半导体器件，也有将智能传感器（或智能执行器、智能变送器）与微系统、MEMS等都归入了MEMS （微机电系统）名称下的。这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。
首先必须说明的是，在绝大多数情况下，本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件：将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器；将电学信号转换成非电学参量输出的执行器；以及既能用作传感器又能用作执行器，其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。就是说，关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器-传感器（或执行器、或变送器）的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物，而是基于半导体工艺技术的新一代器件：应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。因此有时也称为硅传感器。可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。 它由两块芯片组成，一是具有自检测能力的加速度计单元（微加速度传感器），另一块则是微传感器与微处理器（MCU）间的接口电路和MCU。这是一种较早期（1996年前后）的，但已相当实用的器件，可用于汽车的自动制动和悬挂系统中，并且因微加速度计具有自检能力，还可用于安全气囊。从此例中可以清楚看到，微传感器的优势不仅是体积的缩小，更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。应该指出的是，采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。但对实际应用和市场来说，单芯片的解决方案显然更可取，生产成本更低，应用价值更高。
智能传感器（Smart Sensor）、智能执行器和智能变送器-微传感器（或微执行器，或微变送器）和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件（例如上述的微加速度计的单芯片解决方案）。因此智能传感器具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等。显然，出于规模生产和降低生产成本的要求，智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。可以在正常工艺流程的投片前，或流程中，或工艺完成后增加一些特殊需要的工序，但也不应太多。
在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口 （SPI）等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成 CMOS 电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的应用很广，不局限于汽车工业。目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的外围接插件和分立元件越来越少，但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快。
顺便需要说说的是，在一些中文资料中，尤其是一些产品宣传性材料中，笼统地将Smart Sensor(或device)和Intelligent sensor（或device）都称之为智能传感器，但在欧美文献中是有所差别的。西方专家和公众通常认为，Smart（智能型）传感器比Intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高。当然，知识型的内涵也在不断进化，但那些只能简单响应环境变化，作一些相应补偿、调整工作状态的，特别是不需要集成处理器的器件，其知识等级太低，一般不应归入智能器件范畴。
相信大多数读者能经常接触到的，最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。这是一种非智能型传感器莫属的情况，因为CCD 阵列中每个硅单元由光转换成的电信号极弱，必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。还有更复杂一些的，在中、高档长焦距（IOX）光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统，特别是高端产品中的真正光学防抖系统。它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪，通过它监测机身的抖动，并换算成镜头的各轴向位移量，进而驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。
微系统（Microsystem）和MEMS（微机电系统）-由微传感器、微电子学电路（信号处理、控制电路、通信接品等）和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。
MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显，MEMS 的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程，也即采用常规标准的CMOS 工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法，其中也包括微机械结构件的制作。
微传感器合乎逻辑的发展延伸是智能传感器，智能传感器自然延伸则是微系统和MEMS，MEMS 的进一步发展则是能够自主接收、分辨外界信号和指令，进而能独立、正确动作的微机械（Micromachines）。现在，开发成功、并已有商业产品的MEMS品种已不少，涵盖各大领域。其中包括全光光通信和全光计算机的关键部件之一的二维、三维MEMS光开关。
通过控制芯片上的微反射镜阵列，实现光输入/输出的交叉互联。这是目前全光交换技术的成熟的最佳方案。市场上可买到的MEMS光开关已达1296路，开关转换时间约为20ms。
微机械（也称为纳米机械）则尚处于开发试验阶段，但已有许多很重要的实验室产品涌现，如著名的纳米电机、微昆虫、微直升机和潜水艇等。技术产业界普遍认为，它们的开发成功和投入实际应用将对工业技术和生活质量产生深远的影响。
1、车子在骑行过程中。重心在后轮的左右两侧不停的变换，相当于一条正弦波在围绕你的车辙。
2、车中植入一个陀螺仪，就可以将忽左忽右的中心偏移提取成正弦波信号。数字化处理反相后，驱动电机，及时驱动车子的龙头向反方向调节即可。
3、转弯的时候，及时调整偏移量即可，需要把速度信息同时送入CPU运算。这个数据必须要从该车的行驶实践中得出结论。写入ROM。
4、如果能做到自学习，那将是最高境界。
蜻蜓——直升机
蜂眼——照相机镜头
鸟——飞机
蝴蝶——卫星
蝙蝠---雷达
海鸥--水上飞机
鸡蛋--薄壳结构
鲸--轮船
叶子——轮子
潜水艇的形状——鱼的梭型外形
袋鼠--越野汽车
贝壳--坦克
蚁群行车走路策略也许对人类有所启发
蚂蚁大军出行技高一筹
现代都市中，交通阻塞已经成了天天上路时不得不面对的大难题。一旦堵车，不但耽误各路人马的时间，还会徒增车里车外人的烦躁情绪。如何解决这个城市“痼疾”？
英国学者对蚂蚁研究后表示，也许人类可以从小小的蚂蚁身上得到一些启示。蚂蚁虽小，可在“行车走路”方面却比人类技高一筹。研究人员介绍说，数百万的蚂蚁大军通常都会很“耐得住寂寞”，它们只简单地沿着一种道路结构前进，以此来保证队伍能够尽快到达目的地，不会因道路选择而延误时间。与人类相比，假如要从A地到达B地，蚂蚁大军已经摸索出了一套逻辑性和成功率高得多的方法。
生物学家说，蚂蚁大军日复一日地不停搬家、赶路，它们的出行策略也许对那些在城市中穿梭往返的人们能够有所启发，减轻出行压力。蚁群已形成了自己行之有效的“交通网络”，它们几乎是“盲目”地遵循这一路线，不存一丝怀疑。对各个蚁群中每个成员来说，能够“精确”地贯彻行进路线是至关重要的。
科学家说，即便它们的视力不如人类，大脑也比人类小得多，蚁群所遵循的行为规则也及其简单，这套办法也确实发挥了作用。其实，蚂蚁的世界也是一个小社会，与都市丛林中生活的人类有许多相似之处。它们与人类一样，都面临废物处理、管理机构、交通出行等问题。如果我们能够意识到自然界中有许多问题都得到了“完美”解决，那么人类就应该做得更好才对。
科学家说，不同之处在于，人类是自私的。每个人都想快点去上班，不会去关心其他的人。如果我们的司机都能更加耐心一些，蚂蚁世界中简单的交通规则在人类这里说不定也能行得通。
在印度，人们常用一种特制的小盒子捕捉猴子。在安置好的盒子里放上美味的坚果，盒子上开一个小口，刚好能插进猴子的前爪，但只要猴子抓住坚果不放，其爪子就抽不出来。这样它要么放下果子，继续自己的自由，要么就抓紧果子，等着被收拾。绝大部分的猴子是抓住果子不放，以致被猎人轻而易举地捉住。人也常常陷入此种境地，把好东西放到盒子里的人就能控制住到盒子里拿东西的人。不过只要我们愿意放弃这种好处，就不会被他人所控制
蜘蛛与科学家
清晨，你看见屋檐上挂着一张蜘蛛网，可能引不起什么兴趣。可是你知道吗，这种不招人喜欢的昆虫，却吸引了许多科学家的注意。
蜘蛛的腿里没有一点肌肉，却非常灵活，原来，它的腿里充满一种液体，蜘蛛可以随时调节这种液体的压强，用来支配8条腿的运动，在网上进退自如。这种方法在物理学上叫作液压传动。许多液压机械就是受此启发而发明的。
我们知道，蜜蜂的六角形蜂房是最节省材料的建筑设计，而蜘蛛网的结构更能赢得数学家的赞叹!蜘蛛网看上去是呈“八卦”形的复杂几何图形，你用直尺和圆规也很难画得这么匀称，这么美。蜘蛛是按照一种高级几何曲线来织网的，那是一种“对数螺线”的无穷曲线，要用复杂公式来计算。小小的蜘蛛却能轻易织出如此复杂图形，这里面的秘密吸引了很多科学家。
蜘蛛最吸引人的是“纺织器”。原来它体内丝囊中有胶液，腹部后端有吐丝器，吐丝器有许多小孔；胶液通过小孔，被附着物拉扯变细变长，凝成细丝。一根蛛丝是很多细丝合并而成的。人们受到启发设计出人造丝、人造纤维的喷丝头，在纺织业引起了一场革命。
人们研究蜘蛛的主要目的是向它要丝。人类养蚕得到丝，织成美丽的绸缎。但养蚕很辛苦，需要大量桑叶，对饲养温度、湿度要求严格，还须严防蚕生病。生产1kg蚕丝，需要5500多个蚕茧，因此绸缎价格昂贵。而蜘蛛则不那么娇贵，到处都可以生存，许多科学家都希望能直接向蜘蛛要丝。法国科学家卜翁织成了世界上第一副“蛛丝手套”，轻盈透明，轰动一时。但问题是，饲养蜘蛛也非易事，蜘蛛要吃昆虫，有时会自相残杀。另外蜘蛛不会作茧，到处吐丝也不好控制。经过计算，生产1kg蛛丝，居然需要150万个蜘蛛。因而批量生产蛛丝实在困难，必须另想办法。
生物学家的最新研究带来希望，这就是基因工程。科学家将蜘蛛体内生产蛛丝的基因，移植到一种细菌体内，使细菌有分泌蛛丝胶液的能力，大量繁殖培养后，可利用这种蛛丝胶液。这种胶液的拉力强度大，有弹性，不易断裂，容易染色，手感好，是一种很有发展前途的“人造蛛丝”。也有报道说，将蜘蛛的成丝基因移植到山羊体内，使山羊奶变成蛛丝胶液，这样得到的胶液更快更多。
“人造蛛丝”还有更新更重要的用途，比如织成高强度的防弹背心，很轻又透气，比传统的沉重防弹衣要强多了。另据最新报道，科学家制成“电镀蜘蛛丝”，将极细的蛛丝电镀一层金属，成为强度极高的”纳米导线”，直径仅有100nm。这种导线的研究成功，又将引起微电子器件制造业的一场革!
你瞧，小小蜘蛛身上的学问还真不少呢！
冰虫被称为地球上惟一冻不死的生物，具有科学家理想中外星生命的特质。科学家认为冰虫这种罕见的耐寒体质可以证明在外星球上也可能存在像冰虫一样的耐寒生物。它们在冰中自由行走，在极地低温下活跃生存，稍微升温便化成一团粘稠。《西雅图时报》2月21日报道，美国生物学家将联合美国宇航局和《国家地理杂志》投入巨资研究极地冰虫，希望据此在探索外星生命的旅程上迈出一大步。
极地冰虫是少数活跃在极地低温下的生物之一。它们被生物学家称为，最大的无脊椎动物，冰封大地中最活跃的生物。极地冰虫生活在终年积雪的冰川地带。在美国阿拉斯加、英国哥伦比亚和俄勒冈州靠近极地的冰川区都可以发现它们身影。它们个头非常小，在雪地里就像一丝细细的小黑线。
它们可能是世界上最不怕冷的动物。在冰川地区刺骨的寒温下，其他动物几乎被冻成冰棒，甚至连细胞都冻得“咯咯”作响。然而这种低温对于极地冰虫来说却是最舒适的生活环境。科学家发现，冰虫的细胞膜和细胞酶在低温下正常新陈代谢，细胞膜保持固有的弹性。
冰虫不仅抗冻还耐饿。科学家曾把几只冰虫放在冰箱里研究。两年过去了，不吃不喝的冰虫在冷藏室里依然顽强地生存着。
但冰虫也有致命的缺点———怕热。冰虫抵御高温的能力异常脆弱，只要温度高于四摄氏度，冰虫细胞膜就溶化，细胞内的酶也化成一堆干草模样的粘稠物。
穿冰之谜: 破冰有术？
围绕冰虫的众多难解之谜中，最令人匪夷所思的是冰虫可以在固体冰块中自由穿行。谁也不知道它们是怎么破冰而出。
有的科学家说，冰虫可能顺着冰中的缝隙钻出冰面；还有的人猜测冰虫有破冰术。多名生物学家猜想，冰虫体内可能含有化冰物质。每当它们穿冰而行时，体内细胞释放出能量，把周围的冰块融化，形成一条通道，就像是“滚烫的刀子切化了黄油”。
一名研究雪地动物的专家说，在众多雪地跳蚤、雪地线虫和雪地蜘蛛中，冰虫是最神奇的动物。北极熊厚厚的皮毛使它与外界低温隔绝，自身又可以储存能量。南极鳕血液内有防冻剂，使它在冰天雪地中照常生活。然而浑身赤裸、微小的冰虫靠什么来保暖，甚至穿冰？生物学家普策尔说：“当温度下降时，冰虫体内马上制造能量。就像往油箱里加汽油。”
藏身之谜：冬天绝迹？
冰虫的生活方式也充满奥秘。它们总是生活在终年积雪的冰川地带，行踪隐秘。一到夏天大规模的冰虫就破冰而出，出来搜寻食物。据寻找冰虫的研究者说，稍不留神就可能踩死上万只缠绕在一起的冰虫。
冰虫日落而出，日出而息。夏天太阳升起之前，冰虫纷纷躲回冰层。太阳落山后冰虫从洞穴中出来，搜寻海藻、花粉和其他可以消化的残渣作食物。所以它们的学名叫“solifugus”，即躲避太阳。
到了冬天，冰虫聚集地大都大雪封山，没有海藻或者其他食物，它们就躲在地下。但至今为止，没有人知道冰虫如何在地底过冬。一到冬天冰虫似乎绝迹。科学家怀疑它们躲在雪底冬眠。不过最近研究者发现如果挖的足够深，在冬天也可能看见冰虫。美国两名生物学家曾多次到终年积雪的雷尼克山中挖冰虫。他们至今找到的冰虫都藏身在3米以下的地洞中。
揭开谜底：就可能找到外星生命
冰虫被称为地球上惟一冻不死的生物，具有科学家理想中外星生命的特质。科学家认为冰虫这种罕见的耐寒体质可以证明在外星球上也可能存在像冰虫一样的耐寒生物。
2005年，美国宇航局(NASA)出资20万美元资助冰虫的研究项目。NASA认为冰虫能够在如此恶劣的环境中生活自若，本身就证明木星的冰球或者其他星球上可能也存在类似的外星生物。
美国《国家地理杂志》也注意到了冰虫，资助研究者寻找冰虫。《国家地理杂志》认为，冰虫在器官移植方面的价值远比它所代表的外星生命更有现实意义。冰虫细胞能够在低温下保持正常新陈代谢。而移植的器官在冷藏过程中却消耗能量，快速萎缩。如果冰虫新陈代谢的秘密能够揭开，医生就可以用化学和药物使器官保存更长久。
1887年，美国西雅图著名摄影家柯蒂斯首次发现了冰虫，为它取名“雪鳗”。但很少有人关注。近年来全球变暖使极地动物濒临灭绝，冰虫才慢慢进入研究者的视线。美国华盛顿一所大学的生物研究生本·李把冰虫选为自己的毕业论文课题。李说：“冰虫现在是炙手可热，对于它的研究几乎空白，然而它却是如此奇妙。”
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文人眼中的“冰虫”
文人的想像力确实丰富，早在20世纪初冰虫就出现在了作家的笔触中，一些书籍和诗歌也能见到冰虫的身影。这仅有不到5厘米长，生活在厚厚的冰雪之下的小虫子，那时就已经是诗人眼中爱情的见证，生命的感言了。
作家罗伯特·塞维斯在他的作品中多次提到这种神奇的小虫子。尤其是一部小说中的著名诗歌《98的痕迹》：“在那片淡蓝雪天之地，置身地之无极；极地平原的光影中，北极熊在欢唱歌舞；啊，你是我的心肝、我的生命、 我的灵魂；当极地的冰虫归巢时，我将见到你。”
而本·李也不仅仅在寻找研究着冰虫本身，他还有一个目标就是熟记塞维斯的140行长诗《蓝色雪山》：
当一切变的清晰，你走近羞怯的观望，小小的虫子拥挤在一起，伸着蓝色的鼻子，为了生命延续，它们寻找一切养分，它们互相咀嚼彼此的尾巴，直到顽强的活下去。
被诗人如此的钟爱，也许就是因为它们在那样恶劣的环境中依然能够生存。但是在未来的50年，由于全球变暖，它们赖以生存的冰雪就要慢慢消失，到那时冰虫也将成为一种灭绝的动物，人类可能只能在诗歌中感叹它们的神奇了
蝴蝶
五彩的蝴蝶颜色粲然，如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翊在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的稗益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。
人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成了叶片反两面辐射、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，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。
甲虫
甲虫自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应，瞬间就成为100℃的毒液，并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应，在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量。另外，根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中。
蜻蜓
蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72公里/小时。此外，蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙，于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。
为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率，一个四叶驱动，用远程水平仪控制的机动机翼（翅膀）模型被研制，并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。
第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀，达到每秒18次震动的速度。有特色的是，这个模型采用了可变可调节前后两对机翼之间相差的装置。
研究的中心和长远目标，是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现，以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。
苍蝇
家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术，这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。它设想到了每一种情况，非常小心，并能快速移动。那么，它是怎么做到的呢？
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，大在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像机，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，目前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。
蜂类
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，被广泛用于航海事业中。
其它
跳马蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此进行大最研究，英国一飞机制造公司从其垂直起跳的方式受到启发，成功制造出了一种几乎能垂直起落的鹞式飞机。现代电视技术根据昆虫单复眼的构造特点，造出了大屏幕彩电，又可将一台台小彩电荧光屏组成一个大画面，且可在同一屏幕上任意位置框出某几个特定的小画面，既可播映相同的画面，又可播映不同的画面。科学家根据昆虫复眼的结构特点研制成功的多孔径光学系统装置，更易于搜索到目标，已在国外一些重要武器系统中应用。根据某些水生昆虫的组成复眼的单眼之间相互抑制的原理，制成的侧抑制电子模型，用于各类摄影系统，拍出的照片可增强图像边缘反差和突出轮廓，还可用来提高雷达的显示灵敏度，也可用于文字和图片识别系统的预处理工作。美国利用昆虫复眼加工信息及定向导航原理，研制了具有很大实用价值的仿昆虫复眼的末制导导引头的工程模型。日本利用昆虫形态及特性开发研制了六足机器人等工学机器和建筑物的新构造方式。
昆虫在亿万年的进化过程中，随着环境的变迁而逐渐进化，都在不同程度地发展着各自的生存本领。随着社会的发展，人们对昆虫的各种生命活动掌握得越来越多，越来越意识到昆虫对人类的重要性，再加上信息技术特别是计算机新一代生物电子技术在昆虫学上的应用，模拟昆虫的感应能力而研制的检测物质种类和浓度的生物传感器，参照昆虫神经结构开发的能够模仿大脑活动的计算机等等一系列的生物技术工程，将会由科学家的设想变为现实，并进入各个领域，昆虫将会为人类做出更大的贡献。
苍蝇与宇宙飞船
令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。
苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。
每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。
仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。
这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
从萤火虫到人工冷光
自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。
在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。
在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。
科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。
早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。
电鱼与伏特电池
自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。
各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。
电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究， 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。
电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水母的顺风耳
“燕子低飞行将雨，蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海，就预示着风暴即将来临。
水母，又叫海蜇，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能，每当风暴来临前，它就游向大海避难去了。
原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13次)，总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到，小小的水母却很敏感。仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石，当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时，听石就剌激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。
仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。
