仿生學研究報告上傳

1、自然界材料構筑科學與創(chuàng)新思維研究報告指導教師 :學號：姓名：目錄一、仿生學概念二、自己對仿生學的理解三、仿生學的應用1.利用動物體的特性利用鯊魚皮表面的特點進行抗菌 利用珊瑚體秘方減少二氧化碳的排放 學習?。?）利用魚鳥的特點為火車入隧道過程降物如何從霧氣中獲取水分2.利用植物體的特性 （1）利用樹沿壓力線重組的特性構造輕量 化材料（2）利用葉子的光合作用制造太陽能電池（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具蓮能夠托起超重物體3.利用細胞特性 （1）利用細胞膜的特性制造去鹽薄膜 四、小結（4）、仿生學的概念仿生學是指人類模仿生物功能，來發(fā)明創(chuàng)造的科學。它是一門新 型邊緣學科。研究對象是生物體的結構

2、、功能和工作原理，并將這些 原理移植于人造工程技術之中。該學科的問世，大大開闊了人類的技 術眼界，顯示了巨大的發(fā)展?jié)摿?，是人類智慧的結晶。、自己對仿生學的理解仿生學就是通過理解動物的自身特性，以及它們利用這些特性所 做出的利于自己生存的本領，再經過人類能動性的思考，抽象出前所 未有的新思想新概念，最后利用聯(lián)系的思想加以應用于人類的生活和 生產，為人類創(chuàng)造便捷和更有突破的生活方式。我們的生活、生產中 不缺乏一些例子。例如，我們平時最討厭的在空中到處亂飛的蒼蠅, 利用蒼蠅的鼻子嗅覺原理可以制作小型的氣體探測儀， 利用蒼蠅的楫 翅（又叫平衡棒）進行模仿，將它制成了“振動陀螺儀”，應用到了 火箭和高速

3、飛機上，實現(xiàn)了自動駕駛；利用蝙蝠發(fā)出的超聲波可以與 障礙物反彈的原理制成了制造出了雷達， 應用到了飛機航空中。螢火 蟲腹部的發(fā)光器中的熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與 下，與氧化合便發(fā)出熒光，正是利用這樣的原理，創(chuàng)造了日光燈 像這樣仿生學的例子數(shù)不勝數(shù)。接下來，讓我們具體看一看仿生學的 應用。、仿生學的應用1. 利用動物體的特性(1) 利用魚鳥的特點為火車入隧道的過程降噪有一名工程師J只韋斯特是研究子彈列車項目的一個成員， 由于 子彈列車的車頭是圓的，所以每次經過山洞的時候，就會產生一種沖 擊波，以至于駛出山洞的時候會發(fā)出音爆巨響。 所以這個工程的工程師領隊就號召大家想辦法降低子彈列車

4、駛出山洞時的音量。其中J.R.韋斯特也是一名鳥類愛好者，在研究學習中，他觀看了一個翠鳥的視 頻，發(fā)現(xiàn)這種鳥在一種介質進入另一種不同密度的介質(從空氣進入 水)，沒有濺起一絲的水花。于是工程師們從翠鳥的喙上找到了靈感,流線型的長喙從尖端到頭部的直徑是逐漸增大的，潛水時會讓水流向 身后。通過將子彈頭列車的車頭部分改造成翠鳥鳥喙的形狀，工程組 解決了這個疑難已久的問題：大大降低了音噪，速度也隨之提高了 10%,節(jié)省了 15%的電力。(2) 利用鯊魚皮表面的特點進行抗菌鯊魚在茫茫大海中游走，面對著海底形形色色的生物卻不被它們所沾染，是如何做到的呢？是因為它們表面的皮膚結構。它們的表面 附著著一層鋸齒狀

5、物。這層鋸齒狀物是凹凸不平的小鱗甲，它可以避 免一些黏液、水藻和藤壺在身體上附著，讓它們失去了了立足之地, 也就是讓細菌無法附著在鯊魚的表面上。 醫(yī)院的墻壁正是采用了這種 技術，把這種鋸齒結構鋪在了墻壁上，有效避免了細菌的附著和滋生。這種方法大大優(yōu)于了利用抗菌或其他的洗液去除細菌的方式，因為許 多細菌在與這種洗液抗爭的過程中，早已自然選擇出了那些抗藥性的 個體。所以這個“墻壁鋸齒化”的方法確實從根源上解決了這一大難 題。(3) 利用珊瑚體的秘方減少二氧化碳的排放現(xiàn)如今的生產生活已經比拼的不僅僅是生產效率的高低，更加考驗的是如何綠色低碳的生產。有間美國的水泥制造廠名叫Clara，他們利用了珊瑚體

6、的一些自身特性能夠大量吸收二氧化碳，變廢為寶。工廠利用這點將大量的二氧化碳其轉換成水泥、混凝土等有用的原本生產建筑材料，這樣就把平時生產模式中的方程式進行了調換, 一噸的建筑材料會排放一頓的二氧化碳， 現(xiàn)在則減少了將近一半的排 放量，大大減輕了對環(huán)境的污染程度。(4) 學習小生物如何從霧氣中獲取水分生活在納米比亞沙漠的一種小生物，由于在沙漠中能夠在攝取水 分而一直存活，沒有消亡。雖然他們沒有新鮮水分可以飲用，但是他 們依靠從霧氣中獲取水分的方法，維持著生命。在它翅膀的后側有部 分凸起，這個突起具有親水的前端和蠟質的旁側，使其具有親水特性, 這樣霧氣會回凝在尖端，然后從旁側流下直到進入嘴中。一些

7、建筑就 利用到了它的特性。建筑師把這項科技應用到了建筑涂料中， 這樣可 以將霧氣回收利用，比捉霧網(wǎng)的作用好上 10倍!2. 利用植物體的特性1）利用樹沿壓力線重組的特性構造輕量化材料樹木通常沿著壓力線自我重組，利用這種結構可以構造輕量骨 架，即利用樹木的那種拉伸應力，制造齒輪，讓齒輪能夠在一定的自 身承受范圍內；利用樹脂材料，我們還可以構建汽車的骨架，這樣可 以使用最少的材料構建它，同時樹脂材料也可以協(xié)助促使橋梁輕量 化，建筑鋼筋輕量化，從而獲取最大限量的支撐力。2）利用葉子的光合作用的方式制造太陽能電池基于葉子的運作方式， 葉子通過光合作用對太陽進行吸收， 太陽 能電池正是基于這種將太陽能轉

8、換的方式， 轉換成了電能， 利用了這 一思想，將葉片的表面轉換成電池的表面， 太陽能電池的表面擁有吸 收陽光的物質，這一物質仿造了葉片表面，從而合理吸收了太陽能。3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具荷葉“出淤泥而不染”，露珠在上面也呆不住。荷葉為什么能不 沾泥土和水？中科院專家分析了荷葉的表面細微結構， 發(fā)現(xiàn)其表面有 許多乳狀突起，這些肉眼看不見的小顆粒，正是“荷花自潔效應”的 成因，可以讓荷葉不沾染臟東西。于是，專家們模仿了荷葉的表面結 構，研制出人工仿生荷葉。仿生荷葉實際上是一種人造高分子薄膜， 該薄膜具有不沾水和不沾油的性質。 同時，仿生荷葉還具有類似荷葉 的“自我修復” 功能，仿生表面最

9、外層在被破壞的狀況下仍然保持了 不沾水和自清潔的功能。 這項研究可用于開發(fā)新一代的仿生表面材料 和涂料。新型的“仿生荷葉薄膜” 可以用于制造防水底片等防水產品。仿生荷葉涂料刷墻將不沾灰塵； 同樣，我們也可以應用到雨衣或者廚具上，這樣就可以防水防油了。(4)王蓮能夠托起超重物體王蓮的葉子很大，直徑有2米多，四周向上反卷，像一個大平底 鍋。蓮葉向陽的一面淡綠色，非常光滑；背陰的一面土紅色，密布粗 壯的葉脈和很長的刺毛。雖然只是一片巨大的葉子，但它的支撐和承 重能力卻極不一般。在一片王蓮葉上，站一名 35公斤的少年，它仍 能像小船一樣穩(wěn)穩(wěn)地浮在水面上；即使是在葉面上均勻地平鋪一層 75厘米厚的細沙，

10、這個“大平底鍋”依然紋絲不動，決不會沉入水 中。人們通過仔細研究發(fā)現(xiàn)，這異常強大的力量來自縱橫交錯、粗細之間還有蓮葉較強不等的葉脈。蓮葉背面有許許多多粗大的呈放射狀的葉脈, 鐮刀形的橫筋緊密聯(lián)結，構成了一種非常穩(wěn)定的網(wǎng)狀骨架 的承重能力由此而來。3. 利用細胞特性(1)利用細胞膜的特性制造去鹽薄膜大自然中有很多的凈水需要我們去除鹽， 然而現(xiàn)在很多的除鹽方 法不是太低效，太復雜，就是成本咼。剛開始我們的方法是用水擠壓 細胞膜，細胞膜堵塞，而且發(fā)現(xiàn)這樣的方法太費電。而大自然的方法 則是優(yōu)雅的，它僅僅利用的是細胞膜的通透性，由于細胞膜表面會有 沙漏形的小孔，叫做水孔蛋白。它們能讓水分子通過，而留住離子等 溶解質。有些公司就開始模仿這種結構制造去鹽薄膜，這樣能夠高效 地利用這種結構，徹底分離開水與鹽的離子溶解質。四、小結仿生學是一門新學科，這門學科嘗試向自然界中的一些“天才” 學習和借鑒經驗，通過聽取他們的一些“建議”，整理他們的建議, 形成自己對待事物的新的解決方法。 這些動物植物甚至是微生物，他 們都有著自己的生存規(guī)律，適應著復雜多變的生存環(huán)境。就好比一個 蜂族，它們利用自己的“智慧”，創(chuàng)造出如此精致富有層次感的蜂巢, 讓人們相信了動物其實是有它們的天分的，我們不僅僅是那個最有創(chuàng) 造性的群體，很多的突破我們都要依靠低級的動物去給予我們靈感實現(xiàn)。在這樣的事實面前我們不得不