源于蝴蝶翅膀的发明

章江

　　蝴蝶世界，绚丽多彩，奥秘无穷。每当我们在野外或花园里漫步时，总会被翩翩起舞的蝴蝶所吸引。尤其是那对五颜六色的翅膀，由一层透明的薄膜构成，上面布满了粉末状的鳞片，在阳光的照射下闪闪发亮。说翅膀造就了蝴蝶的美，一点也没有夸大其词。蝴蝶的翅膀给人们以深刻的启迪，使人产生出新灵感，孕育出一项又一项的新发明……

美丽的蝴蝶翅膀

蝴蝶世界，绚丽多彩，奥秘无穷。最大的蝴蝶翅膀展开有30厘米，产于太平洋南部的所罗门群岛和巴布亚新几内亚，它的名字叫“亚历山大鸟翼蝶”。
　　最小的蝴蝶为“蓝灰蝶”，翅膀全部展开仅仅1.3厘米，在我国云南西双版纳地区曾经采集到。
　　我国的帕米尔高原最高处达海拔7000多米，登山者曾在海拔6000米左右的冰川里看到过一种紫酱色的“小灰碟”，堪称生活在最高地方的蝴蝶。
　　一种名叫“君主斑蝶”的蝴蝶飞行的距离最远，每年的11月至次年的3月，它们数以百万计地从加拿大东南部和美国东部山区飞到墨西哥以西200公里处的“蝴蝶谷”，这段距离有5000多公里。
　　1996年10月24日，一只名叫“大鸟翼蝶”的蝴蝶在法国巴黎的一次拍卖会上竟以1800美元的高价卖出，这在世界上还是第一次拍卖如此昂贵的蝴蝶标本。
　　每当我们在野外或花园里漫步时，总会被翩翩起舞的蝴蝶所吸引。尤其是那对五颜六色的翅膀，由一层透明的薄膜构成，上面布满了粉末状的鳞片，在阳光的照射下闪闪发亮。说翅膀造就了蝴蝶的美，一点也没有夸大其词。
　　研究发现，蝴蝶的颜色是自己身上的色素，色素可以吸收部分光波而反射其他光波，从而使画面呈现出相应的色彩。蝴蝶身上的黑色、黄色、红色和绿色，也是由色素决定的。例如，黑色素使蝴蝶的翅膀呈现出深沉的墨色、褐色、黄褐色和红褐色等色彩。再如，类胡萝卜素、花青素、花黄素能够让蝴蝶的翅膀产生黄色、红色、橘红色。当色素色和结构色混合在一起时，蝴蝶翅膀上的颜色和斑纹就更加艳丽夺目了。
　　各种蝴蝶翅膀上的鳞片大小各异，长短不同，或者带脊起棱，或者尖端有锯齿……研究发现，每个鳞片细小的“脊纹”越多，出现的闪光就越强，颜色的变化也就越大。以一种名叫“闪蝶”的蝴蝶为例，鳞片上的“脊纹”竟然超过了1400多条，结果翅膀上的鳞片组成了色彩斑斓的图案，令人叹为观止。昆虫学家发现，蝴蝶之所以要变幻出如此千变万化的色彩，有多种原因。
　　首先在于引开天敌注意的目标，使自己的头部免遭致命的袭击。以枯叶蛱蝶为例，这是一种很有名的拟态昆虫。当它把前后翅膀合起来时，与阔叶树的枯叶没有什么两样。如果混杂在枯叶堆中，绝对难以发现。有趣的是，灰蝶的眼斑和翅膀尾部能巧妙配合，模仿成头部，达到保护的目的。　　其次把保护色和环境融为一体，起到隐身的作用。例如，柑橘凤蝶的幼虫会变成和叶片相一致的绿色，将自己天衣无缝地加以隐藏。
　　味道难吃的蝴蝶怎么御敌呢？它们的招数可大不一样：以颜色鲜艳耀眼而宣布自己存在，用明显的花纹警告捕食者。
　　蝴蝶的翅膀给人们以深刻的启迪，使人产生出新灵感，孕育出一项又一项的新发明。

　　“隐身衣”
　　1941年6月，德国法西斯侵略军以其“闪电”战略突入前苏联境内。8月初，几十万德军团团围住列宁格勒，声称要在15天之内攻占这座大都市。然而，英勇的前苏军顽强抗击，使得侵略者的强攻无法得逞。为此，德军改换战术，决定派出强大的轰炸机群对列宁格勒的军事目标实施狂轰滥炸，彻底摧毁城里的防御系统。前苏军了解到德军这一企图后，决定把重要的军事目标加以伪装。但用什么方法最理想呢？指挥官们心里没有底。随着轰炸日期的临近，形势越来越紧张。
　　一天清晨，前苏军的一位将军在视察战地时，偶然看见花草丛中有几只蝴蝶飞来飞去。它们或高或低，时隐时现，令人眼花缭乱，真假难辨。这位指挥官颇受启发，由花草和蝴蝶联想到军事目标的伪装。他立即找到一位名叫施万维奇的研究蝴蝶的专家，请其主持设计一套蝴蝶式防空迷彩伪装方案。
　　这位生物学家临危受命，潜心研究。他参照蝴蝶翅膀花纹的色彩和构图，把保护、变形和伪造这3种伪装方法加以综合，对活动的军事目标涂抹与地形相类似的巨大多色斑点，并且在遮障上涂染了与背景相类似的彩色图案。
　　就这样，蝴蝶专家施万维奇给列宁格勒数百个军事目标披上了他发明的“隐身衣”。德国轰炸机上的驾驶员在飞临列宁格勒城上空时，个个都傻了眼。因为真真假假，所以无法判定目标的真实位置。他们找不到原先袭击的军事目标，只好胡乱地丢下几颗炸弹便匆匆忙忙地返航了。

　　卫星控温系统

　　翅膀上的鳞片除了把蝴蝶打扮得楚楚动人之外，还具有调节气温的功能。科学家在研究“七彩蝴蝶”时就注意到：当外界的温度下降时，蝴蝶的无数鳞片会紧贴在身体的表面，它们如同许许多多面小“镜子”，在“镜面”与太阳光垂直时，便能够大量吸收光的能量，使身体暖和起来，让体温保持在正常的范围之内；如果遇上气温上升或阳光直射，鳞片会自动张开，以缩小阳光辐射的角度，减少对阳光热能的吸收。航天专家根据蝴蝶的这种体表结构，成功地设计出一种和它鳞片作用相同的控温装置，终于解决了人造地球卫星遨游太空时的一大难题。
　　人造地球卫星遨游太空时，和太阳以及地球的相对位置时时刻刻都在发生着变化。以一颗在离地球300公里左右的轨道上运行的人造卫星为例，大约在65%至70%的时间里，它所处的轨道位置可以使它受到太阳光的强烈辐照，致使卫星的温度有可能高达100℃至200℃ ；在其余的时间内，卫星将在地球阴影区内运动，由于没有太阳光的辐射，卫星的温度有可能下降到零下100℃至零下200℃。
　　只有给卫星安装控温系统，才能确保卫星内部各种精密的仪器仪表不被冻坏或烧毁。
　　科学家开发的一种控温系统源于蝴蝶的体温调节结构，和它有异曲同工之妙。这种控温装置外形和百叶窗很相似，每扇叶片的两个表面的辐射散热能力各不相同，一个极强，另一个却很弱。
　　在百叶窗的转动部位，安装了一种对温度异常敏感、热胀冷缩性能特别明显的金属丝。当卫星温度急剧升高，超过设定的标准时，受热膨胀的金属丝就会使叶片张开，让辐射散热能力大的那个表面朝向太阳，帮助卫星散热降低温度；而遇上卫星温度快速下降的时候，冷缩的金属丝会使每扇叶片闭合起来，让辐射散热能力小的那个表面暴露在太空中，抑制卫星的散热，起到控温的作用。

防伪纸币和明信片

　　据英国《每日邮报》最近报道，英国剑桥大学马赛厄斯·科勒教授及其同事注意到，在亚洲印度尼西亚的树林里，生活着当地人称之为“大凤蝶”的燕尾蝶。有趣的是，它的翅膀本来有黄有蓝，可人的眼睛看上去却变成了闪闪发光的绿色。十分好奇的研究人员在用显微镜对燕尾蝶的翅鳞仔细观察之后，发现其结构别具一格，由类凹凸的光学微结构组成，其中角质层和空气层交错出现，从而在光线的照射下产生了浓烈的色彩。每个小坑仅万分之四厘米大小，坑的底部为黄色，它的斜边却是蓝色的。在解释燕尾蝶的翅膀为何呈现出绿色的原因时，科勒教授说：“在光线照射到小坑的底部时，被反射后呈黄色；而照射到小坑一个斜坡上的光线同样也被反射，这种反射光线接着又反射到另一个斜坡而再次被反射。由于人的眼睛无法将从坑底反射的黄色光线和在小坑斜坡上两次反射的蓝色光线加以区别，因此感觉是绿色的。” 
　　研究人员通过特定的光学仪器发现，燕尾蝶的蝶翅本身是明亮的蓝色，但肉眼看上去却是绿色。燕尾蝶可以看到同类身上蓝色的翅膀，而捕食者在满眼翠色的热带环境中所看到的只能是蝴蝶翅鳞上面的绿色斑块。在对燕尾蝶的翅膀进行深入研究之后，科勒教授与同事得出如下结论：燕尾蝶的翅鳞光泽具有极高的防伪作用和迷惑性，可以自由地为自己的颜色“加密”，对交配对象显示的是一种颜色配方，而对天敌显示的则另一种颜色配方。由于翅膀结构复杂，每只蝴蝶在阳光照射下所产生的色彩如同人类指纹一样，堪称独一无二的“身份识别码”。   
　　科勒教授的研究小组利用一种集合纳米技术程序，复制出燕尾蝶的翅膀结构。和真的蝴蝶翅膀一样，这些复制品都展现出鲜艳的色彩。科尔教授说，“虽然这种蝶翅复制品让人难以复制，但是这项研究仍然需进一步完善。在颜色组装方面，应该承认蝴蝶目前要比人类领先很多。如果科学家能够充分利用自己的优势，把光学结构和颜色变化更加紧密地结合起来，那么这一蝶翅仿生技术将会变得更加完美。”
　　科学家指出，只要在纸币或信用卡上面，仿照燕尾蝶翅膀的那种类凹凸光学微结构，使角质层和空气层交错出现，那么就可以达到防伪的目的。无论造假者的手段有多么高明，在外表上把假币印刷得与真币如何相似，但他们却没有在假币上布满分布和大小都与真币一样的小坑的技术。只需要使用专门的光学仪器检验，就能让假币原形毕露。
　　利用模仿燕尾蝶翅膀颜色的仿生技术，在纸钞、信用卡或护照的光学签名中加密，可用于钞票和信用卡的防伪标志处理，进而给制造假钞及复制信用卡和护照等设置难以逾越的障碍。到时候，犯罪分子想仿冒造假，恐怕要比登天还难。这一仿生技术既能提高金融系统安全，又能保护个人隐私，其商业价值不可估量。

来源: 原载《聪明泉》