人们研究生物体的结构与功能,分析它们的工作原理,并根据这些原理发明、制造出新的设备、工具,这样一门有意思的学问叫做仿生学。
帅气的空军飞行服和高大的长颈鹿之间有什么联系吗?
解释这个问题之前我们首先应该了解一下,飞行员们在执行任务时需要面对的一个严峻的问题——“黑视”和“红视”反应。
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不同于普通民航的飞行员,驾驶战斗机的飞行员或航天员,往往需要面对极高的“过载”。这种过载现象在我们的日常生活中也很常见,比如平时乘坐电梯的时候,电梯上行或者下行启动、停止的瞬间,我们经常会感觉到血液突然往头部涌或者是突然向下肢流,在游乐场体验过山车或者“跳楼机”的时候,这种感觉会更明显,这就是过载现象。
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有些人很乐于享受那种肾上腺素大量分泌的刺激感,但是飞行员们面对的过载是普通人无法忍受的。高性能的战斗机或者是载人航天使用的火箭往往能产生9-10G的过载,G就是我们常说的重力加速度。
什么是“黑视”和“红视”反应?当飞行员驾驶战斗机机头上仰快速拉升的时候,由于巨大的加速度和惯性的作用,飞行员头部的血液会迅速向下肢流动造成脑部缺血,眼前变得一片漆黑什么也看不见,这种情况要在过载结束后一段时间才会消失,严重的甚至会使飞行员短暂失去意识,产生极大的危险,这就是“黑视”现象。
“红视”则与其恰恰相反,当机头向下俯冲的时候,飞行员下肢的血液涌向头部,视网膜也会受到影响,眼前一片红色其他的什么也看不见,严重的甚至会伤及眼球或造成脑出血,这对于飞行员来说无疑是致命的。
长颈鹿能帮助飞行员解决这个问题?
我们先看看长颈鹿的身上藏着什么秘密吧,长颈鹿作为最高的陆生哺乳动物,它们生下来就是天生的“高血压”,由于长颈鹿的头部和心脏的垂直距离大约是2-3米,因此,为了满足大脑的日常供血,长颈鹿重达10公斤左右的心脏能产生约300mm汞柱的收缩压,并且每分钟的心跳能达到150次左右。
那么问题来了,面对这么高的血压,如果长颈鹿是站立状态倒还没什么,万一它要是口渴了想低头喝点水,这麻烦就大了,但事实真的是这样吗?做过倒立这个动作的人都知道,长时间“大头朝下”会造成脑充血,很不舒服,甚至会产生危险。当长颈鹿低头喝水的时候,我们并没有发现它有任何不适,那么在这个过程中,它的身体里到底发生了什么呢?
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当长颈鹿低头时,为了防止大量的血液涌向大脑,静脉里类似阀门的瓣膜会关闭,此时就好像一个单向阀一样,阻止脑血管的压力过高。
(大家好,我是一个单向阀)
除了血管周围发达的肌肉能压缩血管,控制血流量,同时起作用的还有长颈鹿神奇的皮肤。长颈鹿又厚又紧的皮肤有效地限制了血液往下肢聚集,并能很好地帮助下肢的血液向上回流,这才使它的“高血压”不会影响到自己的正常生活。
而正是从这神奇的皮肤控制中受到了启发,科学家发明了保护飞行员的“法宝”——抗荷服。最初的抗荷服是充气式的,当飞行中产生过载时,气泵会向气囊中充气压迫血管限制血液流动,从而防止大量的血液流向大脑或者从大脑流出,这就很好地降低了“红视”或者“黑视”的影响。
但是传统的充气式抗荷服有一个很明显的缺陷,反应速度慢,这对于瞬息万变的战场是致命的,因此后来又演变出充液式抗荷服,我国更是研制出新型一体化防护服,更好地保证了飞行员的安全。
http://news.cri.cn/gb/3821/2004/11/11/1062@356340.htm
看到这,终于明白了长颈鹿与抗荷服的故事,那么你又知道哪些经典的仿生学应用呢?欢迎留言告诉我们。
参考文献:
《抗荷服的发展综述》刘亚楠 贾镇远 甘肃科技2015年9月《长颈鹿血压高得爆表,咋就没得脑溢血?》 科普中国网 2017年9月8日
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