仿生學的經典例子
魚漂與潛水艇
潛水艇是怎能樣發明的呢?為了讓一種船既能在水面劃,又能在海底遊,科學家觀察到了魚這種動物。 魚肚中有一種東西叫魚鰾,裡面裝滿了空氣。在魚想潛到水底時,將魚鰾中的空氣排出,浮力就立刻變小了,魚可自由地沉下水面。而潛水艇中也有一種機器,裡面也裝滿了空氣,將空氣一排出,潛水艇便能沉下水底。科學家是按這個原理製造的潛水艇。 看,我們如今已經很高級的潛水艇,原來它們是利用魚鰾原理而做的。 是的,生活中若沒有動物,人類將會失去很多發明的機會。可以說,動物對人類生活也有很大的幫助。
水母的順風耳
燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。生物的行為與天氣的變化有一定關係。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地遊向大海,就預示著風暴即將來臨。 水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋裡了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就遊向大海避難去了。原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔裡長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波衝擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。 仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
蛋殼與薄殼建築
蛋殼呈拱形,跨度大,包括許多力學原理。雖然它只有2 mm的厚度,但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建築學家模仿它進行了薄殼建築設計。這類建築有許多優點:用料少,跨度大,堅固耐用。薄殼建築也並非都是拱形,舉世聞名的雪梨歌劇院則像一組泊港的群帆。
斑馬與斑馬線
斑馬生活在非洲大陸,外形與一般的馬沒有什麼兩樣,它們身上的條紋是為適應生存環境而衍化出來的保護色。在所有斑馬中,細斑馬長得最大最美。它的肩高140-160釐米,耳朵又圓又大,條紋細密且多。斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共處,以抵禦天敵。人類將斑馬條紋應用到軍事上是一個是很成功仿生學例子。
仿生學簡介
仿生學是一門新興的邊緣學科。這門學科是由於生產技術發展的需要,特別是軍事上的需要,自二十世紀六十年代初期才發展起來的。它同電子技術,新材料技術一起列為重要的研究課題;有的甚至認為是「新技術思想的源泉」。
仿生學正式誕生於1960年9月。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是「分析生物系統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工系統的設計上去嗎?」斯蒂爾為新興的科學命名為「Bionics」,希臘文的意思代表著研究生命系統功能的科學,1963年我國將「Bionics」譯為「仿生學」。斯蒂爾把仿生學定義為「模仿生物原理來建造技術系統,或者使人造技術系統具有或類似於生物特徵的科學」。簡言之,仿生學就是模仿生物的科學。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物系統的技術系統,為人類造福。
閱讀賞析
仿生學是一門模仿生物的特殊本領,利用生物的結構和功能原理來研製機械或各種新技術的科學技術。從蛋殼呈拱形,跨度大,包括許多力學原理。對於構件,在截面面積相同的情況下,把材料儘可能放到遠離中和軸的位置上,是有效的截面形狀。有趣的是,在自然界許多動植物的組織中也體現了這個結論。例如:「疾風知勁草」,許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構,其截面是空心的。支持人承重和運動的骨骼,其截面上密實的骨質分布在四周,而柔軟的骨髓充滿內腔。在建築結構中常被採用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結構、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。斑馬它們身上的條紋是為適應生存環境而衍化出來的保護色。在所有斑馬中,細斑馬長得最大最美。它的肩高140-160釐米,耳朵又圓又大,條紋細密且多。人類將斑馬條紋應用到軍事上是一個很成功仿生學例子。仿生學是一門既古老又年輕的學科。人們研究生物體結構與功能的工作原理,並根據這些原理髮明出新的設備和工具,創造出適用於生產,學習和生活的先進技術。
(文中圖片來自網絡,感謝作者的無私奉獻!)