创新方法之仿生法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,仿生法,【创新故事】,苍蝇，被称为“四害”之一，令人讨厌。但科学家却拜苍蝇为师，克服了很多难题，发明了很多新玩意。,1.新型导航仪振动陀螺仪。家蝇的特别之处在于它的快速飞行技术，这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。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的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪振动陀螺仪，大大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。,2.蝇眼照像机。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。,【定义】,什么是仿生法呢？各种动物和植物伴随着我们度过了成千上万年，但人类有意识地向它们学习却是上世纪中期才开始的。人们往往在遇到难以解决的问题时就开始细心地观察动物和植物，希望能从它们身上找到答案或启示，这种有意识地模仿生物进行创新发明的方法叫仿生法。,我们为什么要认真向生物学习呢？有两点：,1.生物身上有太多我们不知道的秘密，而人对未知事物总是充满了好奇。,2.我们自己解决不了的问题通过向其他生物学习获得了解决，生物身上有很多的优点，值得我们学习。,我们看一下飞机在研制过程中出现的问题：人们经过长期反复的实践，使飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，但是在继续研制更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因此丧生。,飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就是在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。,可是，昆虫早在3亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，蜻蜓飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。如果早跟蜻蜓学习，问题早就解决了，用不着费那么大的工夫，还有很多飞行员为此付出了生命的代价。所以向生物学习很有价值。,那么如何应用仿生法呢？,一、认真观察生物的现象,生物身上隐藏着巨大的秘密，让我们来看一下：,1.小蚋是翅振速率最快的昆虫，每秒钟可拍打60000万次。,2.蚂蚁是力气最大的昆虫，它可支撑其体重300倍的重物。,3.跳蚤是跳高冠军，它一跳就是其体长的200倍。这相当于人跳400m高。,4.蝗虫是飞行能力最强的昆虫，它可以连续不停地飞行9个小时。,5.食量最大的天蛾幼虫，它在出生一个月内可吃掉比其体重重80000倍的东西。,6.移动最快的昆虫是热带蟑螂，每秒钟可移动4043倍体长的距离，相当于人每秒前进130m。,7.天蛾是嗅觉最灵敏的昆虫，其雄蛾可以在十几公里以外嗅到雌蛾散发出的气味。虽然雌蛾释放的信息素只有00001mg。,二、,联,联系,实,实际,问,问题,创,创造,性,性地,解,解决,仿生,工,工程,车,车,蝎子,仿生,学,学,-,利用,研,研究,出,出来,生,生物,系,系统,的,的结,构,构和,性,性质,为,为工,程,程技,术,术提,供,供新,的,的设,计,计思,想,想和,工,工作,方,方式,。,。,提问,：,：请,问,问在,你,你们,的,的生,活,活中,有,有那,些,些类,似,似的,仿,仿生,设,设计,呢,呢？,请举,出,出三,个,个例,子,子：,1、2、3,、,、,防毒,面,面具,蜂窝,设,设计,鲨鱼,皮,皮肤,举例,研,研究,：,：防,毒,毒面,具,具,防毒,面,面具,从,从外,形,形上,分,分析,其,其仿,生,生的,来,来源,？,？,仿生,原,原理,：,：根,据,据野,猪,猪长,型,型鼻,子,子中,特,特殊,的,的生,理,理结,构,构为,基,基础,，,，开,发,发出,一,一种,具,具有,防,防御,有,有毒,气,气体,的,的工,具,具。,举例,研,研究,：,：蜂,窝,窝设,计,计,蜂窝,轮,轮胎,蜂窝,煤,煤,仿生,优,优点,：,：,1、,质,质量,轻,轻,2、,刚,刚性,高,高,3、,节,节省,材,材料,举例,研,研究,：,：鲨,鱼,鱼的,皮,皮肤,海洋,杀,杀手-,鲨,鲨鱼,由于,它,它的,游,游泳,速,速度,是,是同,类,类鱼,中,中的,最,最快,，,，原,因,因是,因,因为,？,？,提速,武,武器,鲨,鲨鱼,皮,皮泳,衣,衣,鲨鱼,皮,皮表,面,面粗,糙,糙的V形,皱,皱褶,可以,大,大大,减,减少,水,水流,的,的摩,擦,擦,力，,使,使身,体,体周,的,的水,流,流更,高,高效,地流,过,过进,而,而实,现,现快,速,速游,动,动。,知识,的,的拓,展,展：,仿生,设,设计,创,创造,法,法应,用,用,仿照,贝,贝壳,的,的形,状,状，,建,建成,了,了悉,尼,尼歌,剧,剧院,，,，成,为,为著,名,名的,地,地标,式,式建,筑,筑。,利用,变,变色,龙,龙可,以,以随,周,周围,环,环境,改,改变,自,自身,颜,颜色,的,的特,点,点，,制,制作,出,出来,的,的户,外,外运,动,动鞋,。,。,飞机,飞机,的,的造,型,型源,于,于模,仿,仿飞,鸟,鸟，,这,这不,仅,仅仅,是,是因,为,为飞,鸟,鸟的,形,形态,优,优美,，,，而,是,是其,形,形态,上,上的,合,合理,，,，由,于,于它,展,展开,时,时身,体,体扁,平,平，,体,体积,小,小、,重,重量,轻,轻，,因,因而,产,产生,的,的风,阻,阻力,小,小，,使,使飞,机,机飞,行,行速,度,度快,且,且飞,得,得高,！,！,直升,飞,飞机,潜水,艇,艇,潜水艇,是,是模,仿,仿游,鱼,鱼，,蛙,蛙泳,是,是模,仿,仿青,蛙,蛙，,形,形态,仿,仿生,便,便是,利,利用,具,具象,的,的自,然,然形,态,态，,结,结合,相,相应,的,的,艺术,处理,手,手法,与,与设,计,计理,念,念，,使,使之,成,成为,一,一个,既,既有,观,观赏,性,性，,又,又具,使,使用,功,功能,的,的设,计,计作,品,品,超强,粘,粘合,剂,剂,几年,前,前，,科,科学,家,家认,识,识到,壁,壁虎,足,足垫,上,上数,百,百万,个,个分,叉,叉的,小,小刚,毛,毛所,拥,拥有,的,的神,奇,奇力,量,量，,正,正是,这,这种,力,力量,让,让壁,虎,虎上,演,演飞,檐,檐走,壁,壁的,绝,绝技,。,。目,前,前，,科,科学,家,家正,在,在研,制,制一,系,系列,模,模仿,这,这种,神,神奇,力,力量,的,的超,强,强粘,合,合剂,，,，用,以,以提,高,高打,造,造爬,墙,墙机,器,器人,像海,参,参一,样,样软,硬,硬兼,备,备的,塑,塑料,当受,到,到惊,吓,吓之,后,后，,身,身体,柔,柔软,的,的海,参,参会,分,分泌,一,一种,特,特殊,化,化学,物,物质,，,，能,够,够在,几,几秒,钟,钟之,内,内将,皮,皮肤,变,变硬,，,，此,时,时的,皮,皮肤,如,如同,一,一副,铠,铠甲,。,。这,一,一软,硬,硬兼,备,备的,本,本领,为,为科,学,学家,提,提供,了,了灵,感,感，,促,促使,他,他们,研,研制,一,一种,遇,遇水,之,之后,即,即由,硬,硬变,软,软的,塑,塑料,材,材料,。,。,模仿海,鸥,鸥的侦,察,察机,美国佛,罗,罗里达,州,州大学,工,工程师,里,里克,林,林德从,海,海鸥身,上,上得到,启,启发，,研,研制出,一,一种能,在,在高层,建,建筑周,围,围寻找,出,出路，,同,同时又,可,可猛扑,向,向林荫,大,大道的,远,远程遥,控,控侦察,机,机，很,多,多现代,战,战场正,是,是由高,层,层建筑,和,和林荫,大,大道构,成,成。,在迅速,飞,飞动的,各,各种形,状,状的小,动,动物里,，,，青蛙,可,可立即,识,识别出,它,它最喜,欢,欢吃的,苍,苍蝇和,飞,飞蛾，,而,而对其,他,他飞动,着,着的东,西,西和静,止,止不动,景,景物都,毫,毫无反,应,应。,弄,弄清了,蛙,蛙眼的,原,原理和,结,结构，,仿,仿生学,家,家就发,明,明了电,子,子蛙眼,。,。,青蛙与,电,电子眼,水母顺,风,风耳,水母的,顺,顺风耳,，,，仿照,水,水母,耳朵的,结,结构和,功,功能，,设,设计了,水母耳,风,风暴预,测,测仪，,能,能提前,15小,时,时对风,暴,暴作出,预,预报，,对,对,航海和,渔,渔业的,安,安全都,有,有重要,意义。,仿鸟设,计,计为高,铁,铁降噪,日本新,干,干线高,速,速列车,是,是世界,上,上速度,最,最快的,列,列车之,一,一，每,小,小时的,行,行驶距,离,离接近200,英,英里(,约,约合321公,里,里)。,除,除此之,外,外，由,于,于采用,“,“取经,”,”于猫,头,头鹰羽,毛,毛和翠,鸟,鸟喙的,降,降噪设,计,计，行,驶,驶过程,也,也出奇,地,地安静,。,。,萤火虫,的,的特异,功,功能是,由,由它体,内,内所含,的,的荧光,素,素、荧,光,光酶和,氧,氧气相,互,互作用,的,的结果,。,。,冷光灯,放眼看,去,去，动,物,物在长,期,期进化,中,中逐渐,形,形成了,适,适合生,存,存环境,的,的种种,形,形态，,而,而保持,这,这种形,态,态的骨,骼,骼系统,在,在强度,、,、硬度,和,和稳定,性,性等方,而,而是很,完,完美的,。,。,仿生建,筑,筑的分,类,类,骨架形,态,态的建,筑,筑结构,昆虫单,复,复眼与,生,生物显,微,微镜,高级研,究,究用正,置,置生物,显,显微镜,：,：,内置“,复,复眼”,照,照明，,使,使数码,成,成像,更为理,想,想。,汽车,形态仿,生,生,蝴蝶形,建,建筑,，在建,筑,筑形态,上,上仿若,一,一只只,蝴,蝴蝶，,在,在湖泊,与,与树林,之,之间翩,然,然飞舞,。,。,蝶型建,筑,筑让建,筑,筑在最,大,大比例,上,上,向湖泊,开,开放,，蝶翅,部,部分由,黄,黄金分,割,割的椭,圆,圆弧形,成,成，使,建,建筑与,自,自然融,为,为一体,，,，宛若,天,天成。,同时因,为,为蝴蝶,翅,翅膀与,身,身体形,态,态上的,起,起伏，,扩,扩大了,户,户型,观景空,间,间,，让建,筑,筑与艺,术,术完美,结,结合。,浅水半,岛,岛,蝴蝶形,建,建筑,竹笋形,建,建筑,竹笋形,建,建筑,，其建,筑,筑形态,仿,仿佛破,地,地向山,的,的竹笋,，,，充满,着,着建筑,爆,爆发力,。,。竹笋,形,形建筑,中,中大量,的,的钢架,结,结构出,现,现，使,整,整个建,筑,筑体系,在,在浓烈,的,的,现代主,义,义风格,中还兼,具,具了,工业文,明,明,的建筑,表,表现形,式,式。同,时,时该建,筑,筑整体,趋,趋于饱,满,满的设,计,计，让,建,建筑在,视觉稳,定,定性,上达到,一,一个新,高,高度,浅水半,岛,岛,孔雀椅.汉,斯,斯韦,格,格纳,孔雀椅,蝴蝶和,卫,卫星控,温,温系统,遨,遨游,太,太空的,人,人造卫,星,星，蝴,蝶,蝶身体,表,表面生,长,长着一,层,层细小,的,的鳞片,，,，这些,鳞,鳞片有,调,调节体,温,温的作,用,用。,人造卫,星,星,鸟鸣壶,人们运,用,用仿生,法,法发明,硕,硕果累,累,累：,1.从,萤,萤火虫,到,到人工,冷,冷光。,2.根,据,据蛋壳,发,发现拱,形,形的承,受,受力量,。,。,3.人,们,们根据,章,章鱼发,明,明烟雾,弹,弹。,4.鼠,标,