1. 人類從雞蛋上得到了什麼啟發發明了什麼求大神幫助
人類從動物上得到的啟示 蒼蠅—氣味探測器 蜻蜓—飛機 青蛙—快速掃描系統 螳螂—鐮刀 雞蛋—建築物 昆蟲—液壓裝置 蛇—紅外線 魚—潛水艇 蜘蛛—人造纖維 烏龜—裝甲車 貓眼—夜視儀 野豬的鼻子—防毒面具 鷹—鷹眼導彈 蝴蝶—溫度控制系統 大烏龜背小烏龜—轉動炮塔的坦克 人類通過觀察動物的生活習性和生理結構發明創造了很多東西還有如:豬在遇到有毒氣體時會把鼻子插入土中過濾毒氣,人發明了防毒面具。通過觀察蜻蜓發明直升機等等。還有很多體育項目也是觀察了動物的生活習性而興起的如跳遠跳高摔跤高低杠等等仿生設計學 仿生設計學,亦可稱之為設計仿生學(designbionics),它是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興邊緣學科,主要涉及到數學、生物學、電子學、物理學、控制論、資訊理論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科。 仿生設計學與舊有的仿生學成果應用不同,它是以自然界萬事萬物的「形」、「色」、「音」、「功能」、「結構」等為研究對象,有選擇地在設計過程中應用這些特徵原理進行的設計,同時結合仿生學的研究成果,為設計提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上,仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展,是仿生學研究成果在人類生存方式中的反映。 仿生設計學作為人類社會生產活動與自然界的鍥合點,使人類社會與自然達到了高度的統一,正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。 自古以來,自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在,它們在漫長的進化過程中,為了求得生存與發展,逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中,與周圍的生物作「鄰居」,這些生物各種各樣的奇異本領,吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力,開始了對生物的模仿,並通過創造性的勞動,製造出簡單的工具,增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。 人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊;骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的,只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬,是人類初級創造階段,也可以說是仿生設計的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發展的基礎。 在我國,早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防禦猛獸的傷害;四千多年前,我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」,即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子,做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建築結構來看,頗有點像大象的架勢,柱子又圓又粗,彷彿像大象的腿。 我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研製能飛的木鳥;並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載,唐朝有個韓志和,「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動靜與真無異,以關戾置於腹內,發之則凌雲奮飛,可高達三丈至一二百步外,始卻下。」西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高台上飛下來,企圖模仿鳥的飛行。以上幾例,足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行,進行了細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」,也反映了人們向鳥類借鑒的願望。 我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓,由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船,多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器「火龍出水」,多少有點模仿動物的意思。以上事例說明,我國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為開發我國光輝燦爛的古代文明,創造了非凡的業績。 外國的文明史上,大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;還有泰爾發明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時,德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹,並進行了飛行表演。 一八оο年左右,英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線,對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期,法國生理學家馬雷,對鳥的飛行進行了仔細的研究,在他的著作《動物的機器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中,發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿,根據鳥類飛行機構的原理,終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。 後來,設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂,在一戰期間,人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理?雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界,但是不難設想,設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物,體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外,為潛水員製作的蹼,幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。 二、仿生設計的歷史 自古以來,自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在,它們在漫長的進化過程中,為了求得生存與發展,逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中,與周圍的生物作「鄰居」,這些生物各種各樣的奇異本領,吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力,開始了對生物的模仿,並通過創造性的勞動,製造出簡單的工具,增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。 人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊;骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的,只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬,是人類初級創造階段,也可以說是仿生設計的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發展的基礎。 在我國,早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防禦猛獸的傷害;四千多年前,我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」,即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子,做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建築結構來看,頗有點像大象的架勢,柱子又圓又粗,彷彿像大象的腿。 我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研製能飛的木鳥;並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載,唐朝有個韓志和,「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動靜與真無異,以關戾置於腹內,發之則凌雲奮飛,可高達三丈至一二百步外,始卻下。」西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高台上飛下來,企圖模仿鳥的飛行。以上幾例,足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行,進行了細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」,也反映了人們向鳥類借鑒的願望。 我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓,由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船,多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器「火龍出水」,多少有點模仿動物的意思。以上事例說明,我國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為開發我國光輝燦爛的古代文明,創造了非凡的業績。 外國的文明史上,大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;還有泰爾發明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時,德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹,並進行了飛行表演。 一八оο年左右,英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線,對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期,法國生理學家馬雷,對鳥的飛行進行了仔細的研究,在他的著作《動物的機器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中,發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿,根據鳥類飛行機構的原理,終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。 後來,設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂,在一戰期間,人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理?雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界,但是不難設想,設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物,體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外,為潛水員製作的蹼,幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。 三、仿生設計的發展 到了近代,生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例: 在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後,人們通過不泄的努力,終於找到了鳥類能夠飛行的原因:鳥的翅膀上彎下平,飛行時,上面的氣流比下面的快,由此形成下面的壓力比上面的大,於是翅膀就產生了垂直向上的升力,飛的越快,升力越大。 1852年,法國人季法兒發明了氣球飛船;1870年,德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人,他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過,他堅信人能飛行。1891年,他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機,自己還進行試飛;此後五年,他進行了2000多次滑翔飛行,並同鳥類進行了對比研究,提供了很有價值的資料。資料證明:氣流流經機翼上部曲面所走路程,比氣流流經機翼下平直表面距離較長,因而也較快,這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合;上部氣流由於走的較快,它就較為稀薄,從而產生強大吸力,約占機翼升力的三分之二大小;其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。 19世紀末,內燃機的出現,給了人類有史以來一直夢寐以求的東西:翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的,然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。 萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中,怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此,萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如,他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落,靠轉動這只下落的翅膀保持平衡;這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗,由地面上的人用繩控制,使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向,通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。 後來,隨著飛機的不斷發展,它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形,它們變的更簡單,更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了,比以前飛的更快,飛的更高。到了現代,科學高度發展但環境破*、生態失衡、能源枯竭,人類意識到了重新認識自然,探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感,亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六ο年秋,在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會,成為仿生學的正式誕生之日。 此後,仿生技術取得了飛躍的發展,並獲得了廣泛的應用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展,一大批仿生設計作品如智能機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。 近代,科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼,用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星;根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車;模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器;通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究,獲得了化學能轉化為光能的新方法,從而研製出化學熒光燈等等。 目前,仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時,還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵,並把它運用到技術系統中,改善已有的工程設備,並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統;同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖,亦為現代設計的發展提供了新的方向,並充當了人類社會與自然界溝通信息的「紐帶」。 對人腦的探索,可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比,現在的電子計算機只能作為算盤。 對植物光合作用的研究,將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑。 對生物體結構和形態的研究,有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從「城市」這個人造物理環境中重新回歸「自然」。 信天翁是一種海鳥,它具有淡化海水的器官——「去鹽器」。對其「去鹽器」的結構及其工作原理的研究,可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。 白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質,對其機理的研究,將會對人工合成這些物質有所啟發。逞(cheng)凶啦。它們大量繁殖,成群地向樹木進攻,吃樹葉,咬樹根,鑽樹心。沒有天敵制服害蟲,樹林就漸漸給毀了。 人類的老師 人類自古就想能像鳥一樣飛上藍天。科學家認真研究了鳥類飛行的原理,終於在1903年發明了飛機。二三十年以後,由於飛行速度不斷提高,經常發生機翼因劇烈抖動而破碎的現象,造成機毀人亡的慘禍。過了許多年,人類才找到了防止這類事故的方法。其實蜻蜓早就解決了這個問題。每隻蜻蜓的翅膀末端都有一塊比周圍略(lve)重一些的厚斑點,這就是防止翅膀顫動的關鍵(jian)。早知道這一點,科學家可以少花多少精力啊!現在,飛機設計師注意研究蒼蠅、蚊子、蜜蜂等飛行的情形,研製出了具有各種優良性能的飛機。 從前,在大海中航行的輪船,雖然船頭使尖尖的,但總是開不快。而有圓圓的大頭的鯨(jing),卻常常輕而易舉地超過海輪。這是什麼原因呢?科學家仔細研究了鯨,發現它的外形使一種極為理想的「流線型」,而「流線型」在水中受到的阻力是最小的,後來工程師設計船體時模仿鯨的形體,大大提高了輪船航行的速度。 科學家從蜻蜓、鯨等動物身上得到啟示,有發明,有所創造。生物真是人類的好老師啊! 現代的雷達——一種無線電定位和測距裝置:科學家研究發現蝙蝠不是靠眼睛,而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統。因為蝙蝠在飛行時發出超聲波,又能覺察出障礙物反射回來的超聲波。科學家據此設計出了現代的雷達——一種無線電定位和測距裝置科學家通過對海豚游泳阻力小的研究發明了能提高魚雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠運動形式的無輪汽車(跳躍機)等。前蘇聯科學院動物研究所的科學家在企鵝的啟示下,他們設計了一種新型汽車--「企鵝」牌極地越野汽車。這種汽車的寬闊的底部,直接貼在雪面上,用輪勺撐動著前進,行駛速度可達50公里/小時。科學家模仿昆蟲製造了太空機器人。澳大利亞國立大學的一個科研小組通過對幾種昆蟲的研究,已經研製出一個小型的導航和飛行控制裝置。這種裝置可以用來裝備用於火星考察的小型飛行器。英國科學家在仿生學啟發下,正在研製一種可以靠尾鰭擺動以s形「游水」的潛艇新式潛艇的主要創新之處是使用了被稱為「象鼻致動器」的裝置。「象鼻」由一組用薄而柔軟的材料做成的軟管組成,模仿肌肉活動,推動鰭的運動。這種新式潛艇可以充當水底掃雷潛艇,用來對付最輕微的聲響或干擾便會引爆的水雷。令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢?原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。從螢火蟲到人工冷光自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢?人類又把目光投向了大自然。在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、atp(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。電魚與伏特電池自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究,終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。水母的順風耳「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。
2. 人類利用仿生學發明了什麼
飛機--- 鳥
聲納---海豚
在我國,早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防禦猛獸的傷害;四千多年前,我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」,即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子,做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建築結構來看,頗有點像大象的架勢,柱子又圓又粗,彷彿像大象的腿。
我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研製能飛的木鳥;並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載,唐朝有個韓志和,「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動靜與真無異,以關戾置於腹內,發之則凌雲奮飛,可高達三丈至一二百步外,始卻下。」西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高台上飛下來,企圖模仿鳥的飛行。以上幾例,足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行,進行了細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」,也反映了人們向鳥類借鑒的願望。
我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓,由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船,多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 「火龍出水」,多少有點模仿動物的意思。以上事例說明,我國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為開發我國光輝燦爛的古代文明,創造了非凡的業績。
外國的文明史上,大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;還有泰爾發明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時,德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹,並進行了飛行表演。
一八ОΟ年左右,英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線,對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期,法國生理學家馬雷,對鳥的飛行進行了仔細的研究,在他的著作《動物的機器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中,發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿,根據鳥類飛行機構的原理,終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來,設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂,在一戰期間,人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理?雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界,但是不難設想,設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物,體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外,為潛水員製作的蹼,幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動能力
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。
在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。
水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。
原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。
仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
3. 我愛發明水陸兩棲船是不是盜取專利
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4. 手雷,手榴彈和兩棲突擊車是哪個國家發明的
手榴彈的歷史悠久,最先是中國人發明的。15世紀歐洲出現了裝黑火葯的手榴彈,當時主 要用於要塞防禦和監獄。17世紀中葉,歐洲一些國家在精銳部隊中配備了野戰用手榴彈,並把經過專門訓練使用這種彈葯的士兵稱為擲彈兵。到19世紀 ,隨著槍炮的發展和城堡攻防戰的減少,手榴彈曾一度受到冷遇。
5. 放生發明,比如:鯨魚——潛水艇
人類根據鯊魚做出了飛機,根據蝙蝠做出了雷達.人類根據蜻蜓的翅膀發明了飛機,根據蝙蝠的嘴和耳朵發明雷達,根據鯨魚的外形發明了輪船,根據青蛙的眼睛發明了「電子蛙眼」.
由令人討厭的蒼蠅,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
從螢火蟲到人工冷光;
電魚與伏特電池;
水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
人們根據蛙眼的視覺原理,已研製成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣,准確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統後,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而准確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。
電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。
根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的「探路儀」。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、台階、橋上的人等。如今,有類似作用的「超聲眼鏡」也已製成。
模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。
根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿製了人力增強器——步行機。
現代起重機的掛鉤起源於許多動物的爪子。
屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
船槳模仿的是魚的鰭。
鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。
蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。
嗅覺靈敏的龍蝦為人們製造氣味探測儀提供了思路。
壁虎腳趾對製造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上
根據蝙蝠,研究了雷達 根據魚類,研究了潛水艇 根據鳥類,研究了飛機根據熒火蟲,研究了熒光燈,
青蛙 電子蛙眼 一個人握住一個雞蛋使勁地捏,無論怎樣用力也不能把雞蛋捏碎。薄薄的雞蛋殼之所以能承受這么大的壓力,是因為它能夠把受到的壓力均勻地分散到蛋殼的各個部分。建築師根據這種「薄殼結構」特點,設計出了許多既輕便又省料的建築物。人民大會堂、北京火車站以及其他很多著名建築,屋頂都採用了這種「薄殼結構」。響尾蛇與現代軍事裝備 響尾蛇的視力幾乎為零,但其鼻子上的頰窩器官具有熱定位功能,即使爬蟲、小獸等在夜間入睡後,憑借它們身體所發出的熱能,響尾蛇都能感知並敏捷地前往捕食。科學家根據響尾蛇這一奇特功能,研製出現代夜視儀、空對空響尾蛇導彈,以及仿生紅外線探測器長頸鹿與抗荷飛行服 超音速殲擊機突然加速爬升的時候,由於慣性的作用,飛行員身體中的大量血液會從心臟流向雙腳,使腦子產生缺血現象。如何解決這個問題?科學家從長頸鹿的身體構造得到啟發。長頸鹿的脖子很長,腦子與心臟的距離大約是3米,要使血液能輸送到頭上,血壓相對要高,大約是人體的兩倍。但當長頸鹿低頭喝水時,血液卻沒有一股腦地湧向頭部。原來是裹在長頸鹿身體表面的一層厚皮起了作用。長頸鹿低頭時,厚皮緊緊地箍住了血管,限制了血壓,使其不能因血壓突然升高而發生意外。依照長頸鹿皮原理設計的抗荷飛行服,飛行員穿上後在一定程度上起到了限制血壓的作用,當飛行加速時,抗荷飛行服還能壓縮空氣,也能對血管產生一定的壓力,就此而言比長頸鹿的厚皮更高明了一步。
向植物取經 車前草是一種很普通的小草,它的葉子是按螺旋形來排列的,這種排列方式,使每片葉子都能得到充足的陽光,有利於植物的生長。建築師們依照車前草葉子的形狀,設計建造了螺旋狀排列的樓房,使每個房間都能享受到明亮、溫暖的陽光,避免了普通樓房在這方面的不足。
高山上的雲杉長年累月都經受著狂風的襲擊,樹乾的底部變得又粗又大,整個樹干成了圓錐形。這種形狀使雲杉牢牢地挺立在山頂之上。人們模仿雲杉建立的廣播電視塔,即使遭到強台風的襲擊,也不會有倒塌的危險。
人類的發明——來自動物的靈感 船和潛艇來自人們對魚類和海豚的模仿。科學家根據火野豬的鼻子測毒的奇特本領製成了世界上第一批防毒面具。火箭升空利用的是水母、墨魚反沖原理。科研人員通過研究變色龍的變色本領,為部隊研製出了不少軍事偽裝裝備。科學家研究青蛙的眼睛,發明了電子蛙眼。美國空軍通過毒蛇的「熱眼」功能,研究開發出了微型熱感測器。人類還利用蛙跳的原理設計了蛤蟆夯(hang)。人類模仿警犬的高靈敏嗅覺製成了用於偵緝的「電子警犬」。
仿生與高科技 現代的雷達,一種無線電定位和測距裝置:科學家研究發現蝙蝠魔不是靠眼睛,而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統。因為蝙蝠魔在飛行時發出超聲波,又能覺察出障礙物反射回來的超聲波。科學家據此設計出了現代的雷達——一種無線電定位和測距裝置 …科學家通過對海豚游泳阻力小的研究發明了能提高魚雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠運動形式的無輪汽車(跳躍機)等。
前蘇聯科學院動物研究所的科學家在企鵝王的啟示下,他們設計了一種新型汽車--「企鵝王」牌極地越野汽車。這種汽車的寬闊的底部,直接貼在雪面上,用輪勺撐動著前進,行駛速度可達50公里/小時。
科學家模仿昆蟲製造了太空機器人。
澳大利亞國立大學的一個科研小組通過對幾種昆蟲的研究,已經研製出一個小型的導航和飛行控制裝置。這種裝置可以用來裝備用於火星考察的小型飛行器。
英國科學家在仿生學啟發下,正在研製一種可以靠尾鰭擺動以S形「游水」的潛艇新式潛艇的主要創新之處是使用了被稱為「象鼻致動器」的裝置。「象鼻」由一組用薄而柔軟的材料做成的軟管組成,模仿肌肉活動,推動鰭的運動。這種新式潛艇可以充當水底掃雷潛艇,用來對付最輕微的聲響或干擾便會引爆的水雷。
6. 人類從雞蛋上得到了什麼啟發發明了什麼
人類從動物上得到的啟示
蒼蠅—氣味探測器
蜻蜓—飛機
青蛙—快速掃描系統
螳螂—鐮刀
雞蛋—建築物
昆蟲—液壓裝置
蛇—紅外線
魚—潛水艇
蜘蛛—人造纖維
烏龜—裝甲車
貓眼—夜視儀
野豬的鼻子—防毒面具
鷹—鷹眼導彈
蝴蝶—溫度控制系統
大烏龜背小烏龜—轉動炮塔的坦克
人類通過觀察動物的生活習性和生理結構發明創造了很多東西還有如:豬在遇到有毒氣體時會把鼻子插入土中過濾毒氣,人發明了防毒面具。通過觀察蜻蜓發明直升機等等。還有很多體育項目也是觀察了動物的生活習性而興起的如跳遠跳高摔跤高低杠等等仿生設計學
仿生設計學,亦可稱之為設計仿生學(designbionics),它是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興邊緣學科,主要涉及到數學、生物學、電子學、物理學、控制論、資訊理論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科。
仿生設計學與舊有的仿生學成果應用不同,它是以自然界萬事萬物的「形」、「色」、「音」、「功能」、「結構」等為研究對象,有選擇地在設計過程中應用這些特徵原理進行的設計,同時結合仿生學的研究成果,為設計提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上,仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展,是仿生學研究成果在人類生存方式中的反映。
仿生設計學作為人類社會生產活動與自然界的鍥合點,使人類社會與自然達到了高度的統一,正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。
自古以來,自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在,它們在漫長的進化過程中,為了求得生存與發展,逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中,與周圍的生物作「鄰居」,這些生物各種各樣的奇異本領,吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力,開始了對生物的模仿,並通過創造性的勞動,製造出簡單的工具,增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊;骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的,只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬,是人類初級創造階段,也可以說是仿生設計的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發展的基礎。
在我國,早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防禦猛獸的傷害;四千多年前,我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」,即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子,做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建築結構來看,頗有點像大象的架勢,柱子又圓又粗,彷彿像大象的腿。
我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研製能飛的木鳥;並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載,唐朝有個韓志和,「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動靜與真無異,以關戾置於腹內,發之則凌雲奮飛,可高達三丈至一二百步外,始卻下。」西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高台上飛下來,企圖模仿鳥的飛行。以上幾例,足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行,進行了細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」,也反映了人們向鳥類借鑒的願望。
我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓,由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船,多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器「火龍出水」,多少有點模仿動物的意思。以上事例說明,我國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為開發我國光輝燦爛的古代文明,創造了非凡的業績。
外國的文明史上,大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;還有泰爾發明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時,德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹,並進行了飛行表演。
一八оο年左右,英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線,對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期,法國生理學家馬雷,對鳥的飛行進行了仔細的研究,在他的著作《動物的機器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中,發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿,根據鳥類飛行機構的原理,終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來,設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂,在一戰期間,人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理?雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界,但是不難設想,設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物,體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外,為潛水員製作的蹼,幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。
二、仿生設計的歷史
自古以來,自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在,它們在漫長的進化過程中,為了求得生存與發展,逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中,與周圍的生物作「鄰居」,這些生物各種各樣的奇異本領,吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力,開始了對生物的模仿,並通過創造性的勞動,製造出簡單的工具,增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊;骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的,只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬,是人類初級創造階段,也可以說是仿生設計的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發展的基礎。
在我國,早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防禦猛獸的傷害;四千多年前,我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」,即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子,做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建築結構來看,頗有點像大象的架勢,柱子又圓又粗,彷彿像大象的腿。
我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研製能飛的木鳥;並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載,唐朝有個韓志和,「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動靜與真無異,以關戾置於腹內,發之則凌雲奮飛,可高達三丈至一二百步外,始卻下。」西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高台上飛下來,企圖模仿鳥的飛行。以上幾例,足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行,進行了細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」,也反映了人們向鳥類借鑒的願望。
我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓,由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船,多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器「火龍出水」,多少有點模仿動物的意思。以上事例說明,我國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為開發我國光輝燦爛的古代文明,創造了非凡的業績。
外國的文明史上,大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;還有泰爾發明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時,德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹,並進行了飛行表演。
一八оο年左右,英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線,對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期,法國生理學家馬雷,對鳥的飛行進行了仔細的研究,在他的著作《動物的機器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中,發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿,根據鳥類飛行機構的原理,終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來,設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂,在一戰期間,人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理?雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界,但是不難設想,設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物,體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外,為潛水員製作的蹼,幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。
三、仿生設計的發展
到了近代,生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例:
在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後,人們通過不泄的努力,終於找到了鳥類能夠飛行的原因:鳥的翅膀上彎下平,飛行時,上面的氣流比下面的快,由此形成下面的壓力比上面的大,於是翅膀就產生了垂直向上的升力,飛的越快,升力越大。
1852年,法國人季法兒發明了氣球飛船;1870年,德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人,他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過,他堅信人能飛行。1891年,他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機,自己還進行試飛;此後五年,他進行了2000多次滑翔飛行,並同鳥類進行了對比研究,提供了很有價值的資料。資料證明:氣流流經機翼上部曲面所走路程,比氣流流經機翼下平直表面距離較長,因而也較快,這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合;上部氣流由於走的較快,它就較為稀薄,從而產生強大吸力,約占機翼升力的三分之二大小;其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。
19世紀末,內燃機的出現,給了人類有史以來一直夢寐以求的東西:翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的,然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。
萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中,怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此,萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如,他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落,靠轉動這只下落的翅膀保持平衡;這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗,由地面上的人用繩控制,使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向,通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。
後來,隨著飛機的不斷發展,它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形,它們變的更簡單,更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了,比以前飛的更快,飛的更高。到了現代,科學高度發展但環境破*、生態失衡、能源枯竭,人類意識到了重新認識自然,探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感,亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六ο年秋,在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會,成為仿生學的正式誕生之日。
此後,仿生技術取得了飛躍的發展,並獲得了廣泛的應用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展,一大批仿生設計作品如智能機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
近代,科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼,用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星;根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車;模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器;通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究,獲得了化學能轉化為光能的新方法,從而研製出化學熒光燈等等。
目前,仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時,還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵,並把它運用到技術系統中,改善已有的工程設備,並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統;同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖,亦為現代設計的發展提供了新的方向,並充當了人類社會與自然界溝通信息的「紐帶」。
對人腦的探索,可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比,現在的電子計算機只能作為算盤。
對植物光合作用的研究,將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑。
對生物體結構和形態的研究,有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從「城市」這個人造物理環境中重新回歸「自然」。
信天翁是一種海鳥,它具有淡化海水的器官——「去鹽器」。對其「去鹽器」的結構及其工作原理的研究,可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。
白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質,對其機理的研究,將會對人工合成這些物質有所啟發。逞(cheng)凶啦。它們大量繁殖,成群地向樹木進攻,吃樹葉,咬樹根,鑽樹心。沒有天敵制服害蟲,樹林就漸漸給毀了。
人類的老師
人類自古就想能像鳥一樣飛上藍天。科學家認真研究了鳥類飛行的原理,終於在1903年發明了飛機。二三十年以後,由於飛行速度不斷提高,經常發生機翼因劇烈抖動而破碎的現象,造成機毀人亡的慘禍。過了許多年,人類才找到了防止這類事故的方法。其實蜻蜓早就解決了這個問題。每隻蜻蜓的翅膀末端都有一塊比周圍略(lve)重一些的厚斑點,這就是防止翅膀顫動的關鍵(jian)。早知道這一點,科學家可以少花多少精力啊!現在,飛機設計師注意研究蒼蠅、蚊子、蜜蜂等飛行的情形,研製出了具有各種優良性能的飛機。
從前,在大海中航行的輪船,雖然船頭使尖尖的,但總是開不快。而有圓圓的大頭的鯨(jing),卻常常輕而易舉地超過海輪。這是什麼原因呢?科學家仔細研究了鯨,發現它的外形使一種極為理想的「流線型」,而「流線型」在水中受到的阻力是最小的,後來工程師設計船體時模仿鯨的形體,大大提高了輪船航行的速度。
科學家從蜻蜓、鯨等動物身上得到啟示,有發明,有所創造。生物真是人類的好老師啊! 現代的雷達——一種無線電定位和測距裝置:科學家研究發現蝙蝠不是靠眼睛,而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統。因為蝙蝠在飛行時發出超聲波,又能覺察出障礙物反射回來的超聲波。科學家據此設計出了現代的雷達——一種無線電定位和測距裝置科學家通過對海豚游泳阻力小的研究發明了能提高魚雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠運動形式的無輪汽車(跳躍機)等。前蘇聯科學院動物研究所的科學家在企鵝的啟示下,他們設計了一種新型汽車--「企鵝」牌極地越野汽車。這種汽車的寬闊的底部,直接貼在雪面上,用輪勺撐動著前進,行駛速度可達50公里/小時。科學家模仿昆蟲製造了太空機器人。澳大利亞國立大學的一個科研小組通過對幾種昆蟲的研究,已經研製出一個小型的導航和飛行控制裝置。這種裝置可以用來裝備用於火星考察的小型飛行器。英國科學家在仿生學啟發下,正在研製一種可以靠尾鰭擺動以s形「游水」的潛艇新式潛艇的主要創新之處是使用了被稱為「象鼻致動器」的裝置。「象鼻」由一組用薄而柔軟的材料做成的軟管組成,模仿肌肉活動,推動鰭的運動。這種新式潛艇可以充當水底掃雷潛艇,用來對付最輕微的聲響或干擾便會引爆的水雷。令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢?原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。從螢火蟲到人工冷光自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢?人類又把目光投向了大自然。在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、atp(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。電魚與伏特電池自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究,終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。水母的順風耳「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。
7. 水陸兩棲坦克是怎麼發明的
1944年6月7日,海空灰濛蒙的。狂風呼嘯,浪花撲岸,發出一片「嘩啦、嘩啦」的轟響。又是一個壞天氣!守護在諾曼底海岸的德軍炮兵們,慢悠悠的抽起煙來。這種天氣,魔鬼都不願意出窩,放心休息吧!
「轟!」決不是海浪聲,而是炮聲!德軍防線上的幾門炮四分五裂,幾個士兵的腦袋被炸到半空。炮兵趕緊躲進戰壕。
前方的海灘上,仍是驚濤拍岸,可在波浪之間,冒出了無數「烏龜殼」——坦克。
最初的一剎那是最可怕的,嚇呆的士兵顯得那麼可憐:「不可能!海里怎麼會冒出坦克來?」
然而,不但可能,而且已擺在眼前。
兩天之前,就是6月5日,英美聯合艦隊就集中5000艘船和2萬輛軍車,從英格蘭南岸啟航,48小時之內,要在諾曼底登陸,攻擊德軍。現在,盟軍的步兵擁在坦克的後面,已經黑壓壓的向岸上沖來。
德軍急忙用密集的排炮向登岸部隊還擊。晚了,鑽出海面的坦克如疾風,一邊炮擊一邊爬上灘來。部分海岸防線眨眼間被突破了。
在這場登陸戰中,盟軍使用的是坦克大家庭中一位特殊的成員——兩棲坦克,或者叫水陸坦克。
兩棲坦克之所以能涉水,因為車體是密封的,並用較薄的鋼板製成,以增加其浮力。當這種「水中蛟龍」入水之後,尾部的推進裝置就開始工作。
推進裝置有不同種類,有的像船那樣裝有螺旋槳,有的裝有噴水式推進器,有的就依靠特製的履帶劃水前進。
兩棲坦克的運動方式與一般坦克也不同,有的採用半潛式推進,有的乾脆在水底爬行,還有的在水裡行駛,就像魚一樣。現在,有些先進的坦克,在水裡1小時能走11公里,一旦登陸,時速可提高四倍,有很強的戰鬥力。
當然,兩棲坦克不是盟軍發明的,其老祖宗是在22年前問世的。一位名叫克里斯蒂的工程師首先想到:阻礙坦克前進的有鐵絲網、彈坑、溝壕、掩體……但是,最大的障礙物是河流和湖泊。要是在急速的進攻途中,遇到了大江小河,難道立刻造橋嗎?難道立刻填河嗎?
克里斯蒂終於試製成第一輛水上坦克。他親自駕著他的寶貝去試航,誰知剛剛下水就碰上了風浪,坦克一陣搖晃,便沉入水底。工程師差一點以身殉職。
出色的發明家們很少泄氣。
第二年,克里斯蒂製造出第二輛水上坦克。它沒有再被大水吞沒。工程師親自駕著它在水上游盪,時速確實很低,只有6公里,但誰都不能否認,這是一項了不起的發明。
克里斯蒂工程師整天想搞新的設計,他沒有時間來驕傲自大,這位了不起的工程師認為,真正了不起的是比他大一千多歲的俄國公爵奧列格。
公元906年,奧列格公爵帶上他的許多士兵,乘上無數單桅木船,順著聶泊河順流而下,要到黑海去。船隊浩浩盪盪,一路上好不熱鬧,好不神氣。
這舉動引起希臘人的注意,他們又忌恨又羨慕,為了阻止奧列格公爵的水上之行,他們用大鐵索把海灣的入口封鎖起來。
這消息很快被奧列格公爵探得,他當即命令,船隊停止前進,靠岸,把單桅木船統統扛上岸去。
士兵們扛著,拉著,推著,心裡無不莫名其妙,船上岸不就成了廢物?
夜幕漸漸籠罩了大地,河岸點起了熊熊篝火。奧列格公爵又下了第二道命令:給所有的帆船裝上車輪。又是不倫不類的活兒。
整整一夜的苦幹,當太陽剛剛露臉,奧列格公爵的船隊已經變成一支奇怪的陸地戰車,前呼後擁的向查理格勒沖去,升起的白帆鼓滿了風。
希臘人遙遙望著水中的大鐵索,還在暗自得意呢,奧列格公爵率領著士兵從他們後面沖殺過來。希臘人措手不及,鳥驚獸駭。
奧列格把盾牌掛到希臘人的城門上,那是在驕傲地宣稱:我勝利了!
克里斯蒂工程師認為:「奧列格公爵把戰斗機械從水裡引到陸地,才使他產生了逆向思維:為什麼不能把陸地上的坦克嫁接到船上去呢?這促使他研製出坦克的新品種——兩棲坦克。