創(chuàng)新方法之仿生法

仿生法【創(chuàng)新故事】蒼蠅，被稱為“四害”之一，令人討厭。但科學(xué)家卻拜蒼蠅為師，克服了很多難題，發(fā)明了很多新玩意。1.新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀。家蠅的特別之處在于它的快速飛行技術(shù)，這使得它很難被人類抓住。即使在它的后面也很難接近它。那么，它是怎么做到的呢？昆蟲學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對(duì)平衡棒。當(dāng)它飛行時(shí)，平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向，是保持蒼蠅身體平衡的導(dǎo)航儀。科學(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀，大大改進(jìn)了飛機(jī)的飛行性能，可使飛機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行，在機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡，即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬無一失。2.蠅眼照像機(jī)。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個(gè)可獨(dú)立成像的單眼，能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機(jī)，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用?！径x】什么是仿生法呢？各種動(dòng)物和植物伴隨著我們度過了成千上萬年，但人類有意識(shí)地向它們學(xué)習(xí)卻是上世紀(jì)中期才開始的。人們往往在遇到難以解決的問題時(shí)就開始細(xì)心地觀察動(dòng)物和植物，希望能從它們身上找到答案或啟示，這種有意識(shí)地模仿生物進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)明的方法叫仿生法。我們?yōu)槭裁匆J(rèn)真向生物學(xué)習(xí)呢？有兩點(diǎn)：1.生物身上有太多我們不知道的秘密，而人對(duì)未知事物總是充滿了好奇。2.我們自己解決不了的問題通過向其他生物學(xué)習(xí)獲得了解決，生物身上有很多的優(yōu)點(diǎn)，值得我們學(xué)習(xí)。我們看一下飛機(jī)在研制過程中出現(xiàn)的問題：人們經(jīng)過長(zhǎng)期反復(fù)的實(shí)踐，使飛機(jī)不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，但是在繼續(xù)研制更快更高的飛機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)師又碰到了一個(gè)難題，就是氣體動(dòng)力學(xué)中的顫振現(xiàn)象。當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼發(fā)生有害的振動(dòng)，飛行越快，機(jī)翼的顫振越強(qiáng)烈，甚至使機(jī)翼折斷，造成飛機(jī)墜落，許多試飛的飛行員因此喪生。飛機(jī)設(shè)計(jì)師們?yōu)榇嘶ㄙM(fèi)了巨大的精力研究消除有害的顫振現(xiàn)象，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力才找到解決這一難題的方法。就是在機(jī)翼前緣的遠(yuǎn)端上安放一個(gè)加重裝置，這樣就把有害的振動(dòng)消除了。可是，昆蟲早在3億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學(xué)家在研究蜻蜓翅膀時(shí)，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質(zhì)加厚區(qū)——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，蜻蜓飛行就變得蕩來蕩去。實(shí)驗(yàn)證明正是翼眼的角質(zhì)組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設(shè)計(jì)師高超的發(fā)明何等相似。如果早跟蜻蜓學(xué)習(xí)，問題早就解決了，用不著費(fèi)那么大的工夫，還有很多飛行員為此付出了生命的代價(jià)。所以向生物學(xué)習(xí)很有價(jià)值。那么如何應(yīng)用仿生法呢？一、認(rèn)真觀察生物的現(xiàn)象生物身上隱藏著巨大的秘密，讓我們來看一下：1.小蚋是翅振速率最快的昆蟲，每秒鐘可拍打60000萬次。2.螞蟻是力氣最大的昆蟲，它可支撐其體重300倍的重物。3.跳蚤是跳高冠軍，它一跳就是其體長(zhǎng)的200倍。這相當(dāng)于人跳400m高。4.蝗蟲是飛行能力最強(qiáng)的昆蟲，它可以連續(xù)不停地飛行9個(gè)小時(shí)。5.食量最大的天蛾幼蟲，它在出生一個(gè)月內(nèi)可吃掉比其體重重80000倍的東西。6.移動(dòng)最快的昆蟲是熱帶蟑螂，每秒鐘可移動(dòng)40～43倍體長(zhǎng)的距離，相當(dāng)于人每秒前進(jìn)130m。7.天蛾是嗅覺最靈敏的昆蟲，其雄蛾可以在十幾公里以外嗅到雌蛾散發(fā)出的氣味。雖然雌蛾釋放的信息素只有00001mg。二、聯(lián)聯(lián)系實(shí)實(shí)際問問題創(chuàng)創(chuàng)造性性地解解決仿生工工程車車蝎子仿生學(xué)學(xué)-------利用研研究出出來生生物系系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和性性質(zhì)為為工程程技術(shù)術(shù)提供供新的的設(shè)計(jì)計(jì)思想想和工工作方方式。。提問：：請(qǐng)問問在你你們的的生活活中有有那些些類似似的仿仿生設(shè)設(shè)計(jì)呢呢？請(qǐng)舉出出三個(gè)個(gè)例子子：1、2、3、、防毒面面具蜂窩設(shè)設(shè)計(jì)鯊魚皮皮膚舉例研研究：：防毒毒面具具防毒面面具從從外形形上分分析其其仿生生的來來源？？仿生原原理：：根據(jù)據(jù)野豬豬長(zhǎng)型型鼻子子中特特殊的的生理理結(jié)構(gòu)構(gòu)為基基礎(chǔ)，，開發(fā)發(fā)出一一種具具有防防御有有毒氣氣體的的工具具。舉例研研究：：蜂窩窩設(shè)計(jì)計(jì)蜂窩輪輪胎蜂窩煤煤仿生優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：：1、質(zhì)質(zhì)量輕輕2、剛剛性高高3、節(jié)節(jié)省材材料舉例研研究：：鯊魚魚的皮皮膚海洋殺殺手------鯊鯊魚由于它它的游游泳速速度是是同類類魚中中的最最快，，原因因是因因?yàn)?？？提速武武器———鯊鯊魚皮皮泳衣衣鯊魚皮皮表面面粗糙糙的V形皺皺褶可以大大大減減少水水流的的摩擦擦力，使使身體體周的的水流流更高高效地流過過進(jìn)而而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)快速速游動(dòng)動(dòng)。知識(shí)的的拓展展：仿生設(shè)設(shè)計(jì)創(chuàng)創(chuàng)造法法應(yīng)用用仿照貝貝殼的的形狀狀，建建成了了悉尼尼歌劇劇院，，成為為著名名的地地標(biāo)式式建筑筑。利用變變色龍龍可以以隨周周圍環(huán)環(huán)境改改變自自身顏顏色的的特點(diǎn)點(diǎn)，制制作出出來的的戶外外運(yùn)動(dòng)動(dòng)鞋。。飛機(jī)飛機(jī)的的造型型源于于模仿仿飛鳥鳥，這這不僅僅僅是是因?yàn)闉轱w鳥鳥的形形態(tài)優(yōu)優(yōu)美，，而是是其形形態(tài)上上的合合理，，由于于它展展開時(shí)時(shí)身體體扁平平，體體積小小、重重量輕輕，因因而產(chǎn)產(chǎn)生的的風(fēng)阻阻力小小，使使飛機(jī)機(jī)飛行行速度度快且且飛得得高??！直升飛飛機(jī)潛水艇艇潛水艇是是模仿仿游魚魚，蛙蛙泳是是模仿仿青蛙蛙，形形態(tài)仿仿生便便是利利用具具象的的自然然形態(tài)態(tài)，結(jié)結(jié)合相相應(yīng)的的藝術(shù)處理手手法與與設(shè)計(jì)計(jì)理念念，使使之成成為一一個(gè)既既有觀觀賞性性，又又具使使用功功能的的設(shè)計(jì)計(jì)作品品超強(qiáng)粘粘合劑劑幾年前前，科科學(xué)家家認(rèn)識(shí)識(shí)到壁壁虎足足墊上上數(shù)百百萬個(gè)個(gè)分叉叉的小小剛毛毛所擁擁有的的神奇奇力量量，正正是這這種力力量讓讓壁虎虎上演演飛檐檐走壁壁的絕絕技。。目前前，科科學(xué)家家正在在研制制一系系列模模仿這這種神神奇力力量的的超強(qiáng)強(qiáng)粘合合劑，，用以以提高高打造造爬墻墻機(jī)器器人像海參參一樣樣軟硬硬兼?zhèn)鋫涞乃芩芰袭?dāng)受到到驚嚇嚇之后后，身身體柔柔軟的的海參參會(huì)分分泌一一種特特殊化化學(xué)物物質(zhì)，，能夠夠在幾幾秒鐘鐘之內(nèi)內(nèi)將皮皮膚變變硬，，此時(shí)時(shí)的皮皮膚如如同一一副鎧鎧甲。。這一一軟硬硬兼?zhèn)鋫涞谋颈绢I(lǐng)為為科學(xué)學(xué)家提提供了了靈感感，促促使他他們研研制一一種遇遇水之之后即即由硬硬變軟軟的塑塑料材材料。。模仿海鷗鷗的偵察察機(jī)美國(guó)佛羅羅里達(dá)州州大學(xué)工工程師里里克·林林德從海海鷗身上上得到啟啟發(fā)，研研制出一一種能在在高層建建筑周圍圍尋找出出路，同同時(shí)又可可猛撲向向林蔭大大道的遠(yuǎn)遠(yuǎn)程遙控控偵察機(jī)機(jī)，很多多現(xiàn)代戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)正是是由高層層建筑和和林蔭大大道構(gòu)成成。在迅速飛飛動(dòng)的各各種形狀狀的小動(dòng)動(dòng)物里，，青蛙可可立即識(shí)識(shí)別出它它最喜歡歡吃的蒼蒼蠅和飛飛蛾，而而對(duì)其他他飛動(dòng)著著的東西西和靜止止不動(dòng)景景物都毫毫無反應(yīng)應(yīng)。弄弄清了蛙蛙眼的原原理和結(jié)結(jié)構(gòu)，仿仿生學(xué)家家就發(fā)明明了電子子蛙眼。。青蛙與電電子眼水母順風(fēng)風(fēng)耳水母的順順風(fēng)耳，，仿照水水母耳朵的結(jié)結(jié)構(gòu)和功功能，設(shè)設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)風(fēng)暴預(yù)測(cè)測(cè)儀，能能提前15小時(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)暴暴作出預(yù)預(yù)報(bào)，對(duì)對(duì)航海和漁漁業(yè)的安安全都有有重要意義。仿鳥設(shè)計(jì)計(jì)為高鐵鐵降噪日本新干干線高速速列車是是世界上上速度最最快的列列車之一一，每小小時(shí)的行行駛距離離接近200英英里(約約合321公里里)。除除此之外外，由于于采用““取經(jīng)””于貓頭頭鷹羽毛毛和翠鳥鳥喙的降降噪設(shè)計(jì)計(jì)，行駛駛過程也也出奇地地安靜。。螢火蟲的的特異功功能是由由它體內(nèi)內(nèi)所含的的熒光素素、熒光光酶和氧氧氣相互互作用的的結(jié)果。。冷光燈放眼看去去，動(dòng)物物在長(zhǎng)期期進(jìn)化中中逐漸形形成了適適合生存存環(huán)境的的種種形形態(tài)，而而保持這這種形態(tài)態(tài)的骨骼骼系統(tǒng)在在強(qiáng)度、、硬度和和穩(wěn)定性性等方而而是很完完美的。。仿生建筑筑的分類類骨架形態(tài)態(tài)的建筑筑結(jié)構(gòu)昆蟲單復(fù)復(fù)眼與生生物顯微微鏡高級(jí)研究究用正置置生物顯顯微鏡：：內(nèi)置“復(fù)復(fù)眼”照照明，使使數(shù)碼成成像更為理想想。汽車形態(tài)仿生生蝴蝶形建建筑，在建筑筑形態(tài)上上仿若一一只只蝴蝴蝶，在在湖泊與與樹林之之間翩然然飛舞。。蝶型建筑筑讓建筑筑在最大大比例上上向湖泊開開放，蝶翅部部分由黃黃金分割割的橢圓圓弧形成成，使建建筑與自自然融為為一體，，宛若天天成。同時(shí)因?yàn)闉楹岢岚蚺c身身體形態(tài)態(tài)上的起起伏，擴(kuò)擴(kuò)大了戶戶型觀景空間間，讓建筑筑與藝術(shù)術(shù)完美結(jié)結(jié)合。淺水半島島蝴蝶形建建筑竹筍形建建筑竹筍形建建筑，其建筑筑形態(tài)仿仿佛破地地向山的的竹筍，，充滿著著建筑爆爆發(fā)力。。竹筍形形建筑中中大量的的鋼架結(jié)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)現(xiàn)，使整整個(gè)建筑筑體系在在濃烈的的現(xiàn)代主義義風(fēng)格中還兼具具了工業(yè)文明明的建筑表表現(xiàn)形式式。同時(shí)時(shí)該建筑筑整體趨趨于飽滿滿的設(shè)計(jì)計(jì)，讓建建筑在視覺穩(wěn)定定性上達(dá)到一一個(gè)新高高度淺水半島島孔雀椅.漢斯斯·韋格格納孔雀椅蝴蝶和衛(wèi)衛(wèi)星控溫溫系統(tǒng)遨遨游太太空的人人造衛(wèi)星星，蝴蝶蝶身體表表面生長(zhǎng)長(zhǎng)著一層層細(xì)小的的鱗片，，這些鱗鱗片有調(diào)調(diào)節(jié)體溫溫的作用用。人造衛(wèi)星星鳥鳴壺人們運(yùn)用用仿生法法發(fā)明碩碩果累累累：1.從螢螢火蟲到到人工冷冷光。2.根據(jù)據(jù)蛋殼發(fā)發(fā)現(xiàn)拱形形的承受受力量。。3.人們們根據(jù)章章魚發(fā)明明煙霧彈彈。4.鼠標(biāo)標(biāo)是仿老老鼠的。。5.防水水衣服是是仿荷葉葉造的。。6.現(xiàn)代代起重機(jī)機(jī)的掛鉤鉤起源于于許多動(dòng)動(dòng)物的爪爪子。7.船槳槳模仿的的是鴨的的蹼。8.潛水水艇和魚魚的沉浮浮。9.變色色衣服是是學(xué)習(xí)蝴蝴蝶上的的鱗片。。10.響響尾蛇和和空對(duì)空空響尾蛇蛇導(dǎo)彈。。11.火火箭升空空利用的的是水母母、墨魚魚反沖原原理。12.根根據(jù)蝙蝠蝠超聲定定位器的的原理，，人們還還仿制了了盲人用用的“探探路儀””。這種種探路儀