仿生學(xué)科技的高端成果

1、仿生學(xué)科技的高端成果：不用空調(diào)的恒溫建筑 蘇健1408030215環(huán)工二班自然界，生物的進(jìn)化史就是一部解決困難化解危機(jī)的百科全書(shū)。從誕生于這個(gè)宇宙的第一天起，各種生物就不得不面臨著這個(gè)錯(cuò) 綜復(fù)雜而又瞬息萬(wàn)變的生存環(huán)境，他們?yōu)榱松娌粩嗟慕邮芴魬?zhàn)，并 運(yùn)用獨(dú)一無(wú)二的策略去化解危機(jī)。也就是說(shuō)，即使是面臨同一問(wèn)題， 不同的生物也會(huì)有不同的自我保護(hù)方式。現(xiàn)在，科學(xué)家正逐步意識(shí)到， 對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)而言，這些不同種屬的生物所啟用的自我保護(hù)方式是一 個(gè)大型的資料庫(kù)。我們可以將之應(yīng)用到生活中的各種領(lǐng)域中，比如說(shuō) 建筑業(yè)，醫(yī)學(xué)，能源產(chǎn)生業(yè)，交通，食品制造業(yè)，以及食品包裝業(yè)。生物仿生學(xué)是指對(duì)于每一種獨(dú)一無(wú)二的生物進(jìn)

2、行研究，模擬其內(nèi) 在的、環(huán)保的、天然的特性，并將其應(yīng)用于生活中，以此來(lái)化解我們 日常生活中面臨的困難。依賴(lài)著自然界賦予的靈感，研究者開(kāi)發(fā)出了越來(lái)越多的解決問(wèn)題 的方案，因此保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及保護(hù)瀕危動(dòng)植物的活動(dòng)也應(yīng)該日趨完 善。有時(shí)候，為了保護(hù)一些不知名的動(dòng)物，一項(xiàng)大型的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目就被 擱置甚至說(shuō)被取消了，有些人就會(huì)認(rèn)為這是過(guò)激反應(yīng)，但是他們應(yīng)該 意識(shí)到任何危及到瀕危動(dòng)植物的活動(dòng)，終將影響到我們自己。在將來(lái) 的某一天，這項(xiàng)活動(dòng)所帶來(lái)的后果將不僅損害我們的利益，而且將影 響我們的切身生活。以下是一些應(yīng)用了仿生學(xué)科技的高端成果:新型空調(diào)：向白蟻取真經(jīng)在津巴布韋的哈拉雷，矗立著一座體型龐大的辦公及購(gòu)物群

3、一一 約堡東門(mén)購(gòu)物中心。該購(gòu)物中心并沒(méi)有安裝空調(diào)，但是它涼爽宜人， 它所消耗的能量只是與它同等規(guī)模的常規(guī)建筑的十分之一。它的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于非洲的白蟻，這些小生物們能夠在它們的塔 樓巢穴中維持一個(gè)恒定的溫度。他們經(jīng)常開(kāi)啟和關(guān)閉自己塔樓巢穴中 的氣口，使得巢穴內(nèi)外的空氣得以對(duì)流一一冷空氣從底部的氣口流入 塔樓，與此同時(shí)熱空氣從頂部的煙囪流出。這一發(fā)現(xiàn)被建筑大師麥 克皮爾斯應(yīng)用到了建筑領(lǐng)域中，以期能夠在一個(gè)閉合的空間里高效 節(jié)能地，并且不用相關(guān)設(shè)備地控制溫度。這項(xiàng)仿生科技的應(yīng)用，不僅是節(jié)能增效，有利于環(huán)境保護(hù)，而且 省下的空調(diào)設(shè)備的成本匯聚成了涓涓細(xì)流，造福了該建筑的租賃者， 他們所付出的租金比周邊

4、建筑的租賃者要少了 20%。風(fēng)力渦輪機(jī)：創(chuàng)意來(lái)自駝背鯨來(lái)自于賓夕法尼亞州的西徹斯特菲爾德大學(xué)的弗蘭克.費(fèi)什博士 對(duì)于駝背鯨的鰭狀肢邊緣的凹凸腫塊非常感興趣，并對(duì)此作了大量研 究。他認(rèn)為，這些凹凸缺口理論上看來(lái)會(huì)阻礙駝背鯨在水中的運(yùn)動(dòng)，但是事實(shí)并非如此。費(fèi)什博士發(fā)現(xiàn)，這些奇妙的腫塊有著恰到好處的 形狀，并且長(zhǎng)在恰到好處的位置，這些可以幫助像鯨一樣笨拙的大型 動(dòng)物行動(dòng)靈巧。因?yàn)檫@些腫塊所造成的漩渦將生成8%的浮力，以及減 少32%的摩擦力。受此靈感的啟發(fā)，費(fèi)什博士發(fā)明了鯨動(dòng)力，并將其應(yīng)用于渦輪葉 片，研制出新型的在葉片邊緣制造出突起和結(jié)節(jié)的葉片。使用這種葉 片的風(fēng)力渦輪機(jī)，有著更高的效率和可靠性，

5、以及超低的噪音。這種 葉片也可應(yīng)用于水力發(fā)電渦輪機(jī)，抽水泵，和通風(fēng)設(shè)備中。箱仔鲀?cè)炀凸?jié)能車(chē)最近，戴姆勒克萊斯勒汽車(chē)的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出了一款新型的概念 車(chē)，造型就是模仿那種異乎尋常且其貌不揚(yáng)的熱帶箱仔鲀。設(shè)計(jì)師將 其命名為“仿生型車(chē)”，并實(shí)現(xiàn)了多年來(lái)一直追求的節(jié)能減排的夢(mèng)想， 即是成功減少20%的燃油消耗，以及降低80%的氮氧化合物的排放量。 每加侖的柴油可以使這款車(chē)跑滿(mǎn)70英里，同樣這款車(chē)也可使用天然 氣或者生物柴油作為動(dòng)力。到目前為止，這款車(chē)型已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于近 期即將研發(fā)的所有概念車(chē)。“壁虎俠”機(jī)器人很難想象出比昆蟲(chóng)更加靈活的生物，他們擁有著與生俱來(lái)的能力 能夠吸附在各種物體的表面，并且能夠如同

6、在水平地面行走一樣地飛 檐走壁。這點(diǎn)深深的打動(dòng)了機(jī)器人研制者。昆蟲(chóng)的眼睛具有更高的分 辨率，并且能看到比人類(lèi)視野更寬闊的全景；另一方面，他們能夠輕 易的適應(yīng)并融入到瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中。這些都為科技的發(fā)展，探索的 進(jìn)行和防御的開(kāi)展提供了很大的參考作用。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局最新研制的機(jī)器人就是仿生科技的 一大見(jiàn)證。他們借鑒了昆蟲(chóng)和爬行動(dòng)物的特性，旨在研發(fā)出可以漫步 地球可以飛檐走壁也可以在別的物體表面行走的機(jī)器人。無(wú)論是從外 觀還是從動(dòng)作上看，“機(jī)器粘人”都像極了壁虎，它運(yùn)用摩擦牢牢的 固定在光滑的物體上；“絕妙攀登者”則像是螳螂，每秒鐘可以移動(dòng) 66厘米（相當(dāng)于其體長(zhǎng)的1.5倍）。英國(guó)巴斯大學(xué)

7、的研究者同樣致力于仿生機(jī)器人，模仿能夠跳躍的 昆蟲(chóng)。因?yàn)槿鄙偌∪?，昆蟲(chóng)不得不依賴(lài)于瞬間發(fā)力，就像拉直一根彈 簧并瞬間放松。運(yùn)用這種原理，“機(jī)器跳人”借助于自身類(lèi)似的系統(tǒng)， 可以跳躍高達(dá)50厘米。羅德里阿莫里，機(jī)器人的研制者，希望可以研發(fā)出改良后的版 本，研制出可跳躍可彈動(dòng)的機(jī)器人。這樣一來(lái)，就可以不再使用美國(guó) 航空和宇宙航行局的探測(cè)器在火星的表面笨拙的踐踏了。甲殼蟲(chóng)引發(fā)的食品和能源站的新創(chuàng)意有很多人質(zhì)疑撒哈拉森林計(jì)劃的可行性，它是一個(gè)系統(tǒng)的意愿美 好的項(xiàng)目，旨在將這塊世界上最不適合居住的區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)橐黄泵?高產(chǎn)的綠洲，藉此為全非洲人民制造足夠的能源。聽(tīng)起來(lái)不可置信， 但是這項(xiàng)項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)了計(jì)

8、劃階段，并且已經(jīng)在局部干旱地區(qū)執(zhí)行落 實(shí)，而且已經(jīng)取得了不小的成績(jī)。追本溯源，這項(xiàng)偉大的項(xiàng)目中的一 個(gè)核心組成成分，是從諾米比亞的小小甲殼蟲(chóng)取暖并獲得食物的生活 方式中得來(lái)的靈感。白天，這種甲殼蟲(chóng)的黑色外殼就會(huì)吸收并發(fā)射出熱量；晚上，它 的體溫會(huì)急劇下降，變得比周邊物體更加低一些，這種溫度的差異會(huì) 使得水汽凝結(jié)在甲殼蟲(chóng)的硬殼上形成小水滴。每天早上，這種甲殼蟲(chóng)都會(huì)飲用此露水。撒哈拉森林計(jì)劃就是將這一原理放大執(zhí)行。蒸發(fā)的海水形成的水 汽，或者是從海岸抽取的海水將會(huì)彌散在空氣中，懸浮在溫室的四周， 為生長(zhǎng)的作物提供一個(gè)濕潤(rùn)的生存環(huán)境；蒸發(fā)的海水遺留下來(lái)的鹽分 將凝結(jié)在溫室后面的暗灰色管子上。在溫室的

9、邊緣，布滿(mǎn)了高密度的 太陽(yáng)能板，也就是用蒸餾過(guò)的水清洗的大鏡子來(lái)吸收太陽(yáng)光。這集中 起來(lái)的熱量將被用來(lái)加熱水，使其變?yōu)樗魵?，?lái)帶動(dòng)渦輪機(jī)的運(yùn)作， 以此發(fā)電。這個(gè)系統(tǒng)不僅能夠生成這個(gè)溫室所需水量的五倍，而且相 當(dāng)于其他太陽(yáng)能工廠生產(chǎn)能量產(chǎn)出的兩倍。這項(xiàng)撒哈拉森林計(jì)劃所涉及的放生科技不僅來(lái)源于甲殼蟲(chóng)，同時(shí) 也借鑒了一個(gè)自然界的過(guò)程，那就是水在地球上循環(huán)的水文運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)， 水從空氣中凝結(jié)落在地面以及海上。這項(xiàng)計(jì)劃已經(jīng)在特納利夫島，阿 曼記憶阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)測(cè)試通過(guò)，它的設(shè)計(jì)者聲稱(chēng)其同樣適用于非 洲，印度，中東的大部分地區(qū)，澳大利亞以及西班牙的局部地區(qū)。仿生科技不止是局限于一味的模仿自然服從自然，它更

10、加注重將 自然界的規(guī)律加以掌握，加以創(chuàng)新，并運(yùn)用于環(huán)境保護(hù)和健康事業(yè)中 去。大自然歷來(lái)是個(gè)節(jié)約者，她運(yùn)用最少的能量，耗費(fèi)最少的資源， 自我凈化廢物利用，來(lái)實(shí)現(xiàn)最大化的目的。這一模范帶頭作用應(yīng)引起 人們的重視，在當(dāng)今環(huán)境日益惡化的情況下，我們需要緩和矛盾，加 深與生物的交流，拉近與自然的關(guān)系。生物體內(nèi)的成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)都是在酶催化下進(jìn)行的。酶催化 反應(yīng)的特點(diǎn)是在常溫、常壓下，在一個(gè)很復(fù)雜的混合體系中專(zhuān)一地、高效地、有條不紊地進(jìn)行著。其高效性就是指強(qiáng)大的催化能力。例如， 同樣是催化過(guò)氧化氫分解為水和氧氣，過(guò)氧化氫酶的催化效率比一般 無(wú)機(jī)催化劑高一千萬(wàn)倍。化學(xué)仿生學(xué)的任務(wù)之一就是仿照天然酶合成 出人工酶。通過(guò)從生物體內(nèi)分離出某種酶之后，研究清楚其化學(xué)結(jié)構(gòu) 和作用催化劑的催化機(jī)理，在此基礎(chǔ)上設(shè)法人工合成這種酶或其類(lèi)似 物，用以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的酶催化反應(yīng)而制得相應(yīng)的產(chǎn)品。在這方面已取得 的成果的例子有：人工制得了