創(chuàng)新方法之仿生法

【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。當(dāng)前1頁，總共34頁。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？當(dāng)前2頁，總共34頁。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。當(dāng)前3頁，總共34頁。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。當(dāng)前4頁，總共34頁。【定義】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。當(dāng)前5頁，總共34頁。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)。當(dāng)前6頁，總共34頁。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。當(dāng)前7頁，總共34頁。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。當(dāng)前8頁，總共34頁。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。當(dāng)前9頁，總共34頁。二、聯(lián)系實(shí)際問題創(chuàng)造性地解決仿生工程車蝎子當(dāng)前10頁，總共34頁。仿生學(xué)-------利用研究出來生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想和工作方式。提問：請(qǐng)問在你們的生活中有那些類似的仿生設(shè)計(jì)呢？請(qǐng)舉出三個(gè)例子：1、

2、3、

防毒面具蜂窩設(shè)計(jì)鯊魚皮膚當(dāng)前11頁，總共34頁。舉例研究：防毒面具防毒面具從外形上分析其仿生的來源？仿生原理：根據(jù)野豬長型鼻子中特殊的生理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種具有防御有毒氣體的工具。當(dāng)前12頁，總共34頁。舉例研究：蜂窩設(shè)計(jì)蜂窩輪胎蜂窩煤仿生優(yōu)點(diǎn)：1、質(zhì)量輕2、剛性高3、節(jié)省材料當(dāng)前13頁，總共34頁。舉例研究：鯊魚的皮膚海洋殺手------鯊魚由于它的游泳速度是同類魚中的最快，原因是因?yàn)?？?dāng)前14頁，總共34頁。

提速武器——鯊魚皮泳衣

鯊魚皮表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周的水流更高效地流過進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速游動(dòng)。當(dāng)前15頁，總共34頁。知識(shí)的拓展：仿生設(shè)計(jì)創(chuàng)造法應(yīng)用仿照貝殼的形狀，建成了悉尼歌劇院，成為著名的地標(biāo)式建筑。利用變色龍可以隨周圍環(huán)境改變自身顏色的特點(diǎn)，制作出來的戶外運(yùn)動(dòng)鞋。當(dāng)前16頁，總共34頁。飛機(jī)飛機(jī)的造型源于模仿飛鳥，這不僅僅是因?yàn)轱w鳥的形態(tài)優(yōu)美，而是其形態(tài)上的合理，由于它展開時(shí)身體扁平，體積小、重量輕，因而產(chǎn)生的風(fēng)阻力小，使飛機(jī)飛行速度快且飛得高！當(dāng)前17頁，總共34頁。直升飛機(jī)當(dāng)前18頁，總共34頁。潛水艇潛水艇是模仿游魚，蛙泳是模仿青蛙，形態(tài)仿生便是利用具象的自然形態(tài)，結(jié)合相應(yīng)的藝術(shù)處理手法與設(shè)計(jì)理念，使之成為一個(gè)既有觀賞性，又具使用功能的設(shè)計(jì)作品

當(dāng)前19頁，總共34頁。超強(qiáng)粘合劑

幾年前，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到壁虎足墊上數(shù)百萬個(gè)分叉的小剛毛所擁有的神奇力量，正是這種力量讓壁虎上演飛檐走壁的絕技。目前，科學(xué)家正在研制一系列模仿這種神奇力量的超強(qiáng)粘合劑，用以提高打造爬墻機(jī)器人當(dāng)前20頁，總共34頁。像海參一樣軟硬兼?zhèn)涞乃芰?/p>

當(dāng)受到驚嚇之后，身體柔軟的海參會(huì)分泌一種特殊化學(xué)物質(zhì)，能夠在幾秒鐘之內(nèi)將皮膚變硬，此時(shí)的皮膚如同一副鎧甲。這一軟硬兼?zhèn)涞谋绢I(lǐng)為科學(xué)家提供了靈感，促使他們研制一種遇水之后即由硬變軟的塑料材料。當(dāng)前21頁，總共34頁。模仿海鷗的偵察機(jī)

美國佛羅里達(dá)州大學(xué)工程師里克·林德從海鷗身上得到啟發(fā)，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時(shí)又可猛撲向林蔭大道的遠(yuǎn)程遙控偵察機(jī)，很多現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)正是由高層建筑和林蔭大道構(gòu)成。當(dāng)前22頁，總共34頁。在迅速飛動(dòng)的各種形狀的小動(dòng)物里，青蛙可立即識(shí)別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對(duì)其他飛動(dòng)著的東西和靜止不動(dòng)景物都毫無反應(yīng)。弄清了蛙眼的原理和結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)家就發(fā)明了電子蛙眼。青蛙與電子眼當(dāng)前23頁，總共34頁。水母順風(fēng)耳水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。

當(dāng)前24頁，總共34頁。仿鳥設(shè)計(jì)為高鐵降噪

日本新干線高速列車是世界上速度最快的列車之一，每小時(shí)的行駛距離接近200英里(約合321公里)。除此之外，由于采用“取經(jīng)”于貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設(shè)計(jì)，行駛過程也出奇地安靜。當(dāng)前25頁，總共34頁。螢火蟲的特異功能是由它體內(nèi)所含的熒光素、熒光酶和氧氣相互作用的結(jié)果。冷光燈當(dāng)前26頁，總共34頁。放眼看去，動(dòng)物在長期進(jìn)化中逐漸形成了適合生存環(huán)境的種種形態(tài)，而保持這種形態(tài)的骨骼系統(tǒng)在強(qiáng)度、硬度和穩(wěn)定性等方而是很完美的。仿生建筑的分類骨架形態(tài)的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)前27頁，總共34頁。昆蟲單復(fù)眼與生物顯微鏡高級(jí)研究用正置生物顯微鏡：內(nèi)置“復(fù)眼”照明，使數(shù)碼成像更為理想。當(dāng)前28頁，總共34頁。汽車形態(tài)仿生當(dāng)前29頁，總共34頁。當(dāng)前30頁，總共34頁。蝴蝶形建筑，在建筑形態(tài)上仿若一只只蝴蝶，在湖泊與樹林之間翩然飛舞。蝶型建筑讓建筑在最大比例上向湖泊開放，蝶翅部分由黃金分割的橢圓弧形成，使建筑與自然融為一體，宛若天成。同時(shí)因?yàn)楹岚蚺c身體形態(tài)上的起伏，擴(kuò)大了戶型觀景空間，讓建筑與藝術(shù)完美結(jié)合。淺水半島蝴蝶形建筑當(dāng)前31頁，總共34頁。竹筍形建筑竹筍形建筑，其建筑形態(tài)仿佛破地向山的竹筍，充滿著建筑爆發(fā)力。竹筍形建筑中大量的鋼架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，使整個(gè)建筑體系