动植物仿生学应用举例

Report of the elite class in the period of biological ecology动植物仿生学应用举例,生态学菁英班生物期中报告,汇报人：徐林莉 郑凌霄 袁旭东 （三人贡献相同）,目 录,CONTENTS,仿生学概念Bionics concept,植物仿生学Plant bionics,动物仿生学Animal bionics,总结summary,仿生学概念Bionics concept,01,中文名,外文名,人们研究生物体的结构与功能工作的原理，并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技，创造出适用于生产，学习和生活的先进技术。,仿生学概念Bionics concept,植物仿生学Bionics concept,02,源于“根”的灵感,“钢筋混泥土”的发明源于植物根系的特点.法国园艺师约瑟夫莫尼哀为了解决养花的大陶盆不结实的问题,他曾先后试用木材和水泥来做花盆,但效果都不理想.他依然经常为园艺场中水泥制成的蓄水池和花坛被撞坏而烦恼.一日,他不慎将花盆再次撞坏,郁闷至极的前去收拾残花时,他下意识地注意到,土壤虽然松散,却能在植物交叉延伸的根须四周黏结聚集到一起.受此启发,他试着用旧铁丝仿造植物的根系织成交叉结构,再用水泥、石子浇铸在一起,砌成花坛、水池牢固度大大加强,这也为钢筋混凝土结构的制作提供了思路.,源于“茎”的灵感,云杉生长于高寒湿润之巅,它之所以可以适应山上长年累月的狂风袭击,达到数百余年的树龄,是因为其树干底部直径显著增大,形成一个圆锥形,这样既减轻了自重,又加强了稳定性. 人们模仿云杉对大风的适应性特点,把建造在山顶上的电视塔设计成类似圆锥体,就能抵抗住大风袭击.同样,所有的塔或高烟囱,甚至超高层建筑几乎无一例外地采用底大顶小的形状.,源于“叶”的灵感,浮水植物王莲有“水中花王”之称.一个体重35kg的人坐在上面也不会下沉.原来王莲圆形叶片的直径可达125m,背面有许多相互交错的叶脉骨架结构,里面还有气室使得叶子稳定地浮在水面.,受叶脉支撑作用的启发,英国著名建筑师约瑟,以钢铁和玻璃为建材,设计了一座顶棚跨度很大的展览大厅“水晶宫”,它既轻巧、雄伟又经济耐用,不仅成就了1851年的第一届世博会,也为近现代功能主义建筑构建了雏形.,源于“花”的灵感,向日葵又名朝阳花,它的最大特点就是向阳而生,以便吸收到尽可能多的阳光.德国建筑学家从向日葵上获得灵感,建成了一幢能随太阳转动的向日葵旋转房屋.它装有如同雷达一样的红外线跟踪器,只要天一亮,房屋上的马达就开始启动,使房屋迎着太阳缓慢转动,始终与太阳保持最佳角度,使阳光最大限度地照进屋内.夜间,房屋又在不知不觉中慢慢复位.这种建筑能够充分利用太阳能,保证房屋的日常供热和用电.因为在房顶上安置了太阳能电池和聚光镜,所以建筑物能将光能储存起来,供阴雨天和夜晚使用.,源于“果实”的灵感,尼龙搭扣的诞生是从果实中受到启发的经典案例.它的发明者是瑞士工程师乔治德梅斯特拉尔.20世纪40年代末,他经常带着自己的爱犬到森林中漫步,每次返回时他都发现裤子和狗身上粘满了苍耳、牛蒡等刺果.,受到好奇心的驱使,乔治用显微镜观察刺果,发现无数的小钩子在有毛圈结构的裤料上,不能轻易脱落.经过8年的实验,终于发明了既容易系上又容易解开的尼龙搭扣.,再如,古代有一种可以阻止骑兵前进的武器叫铁蒺藜,这种武器的原形就来源于植物中蒺藜科的一种杂草的果实,它的刺非常的坚硬,以至于如果马蹄踏上都会被刺到,所以有人就把铁作成蒺藜果的形状用以御敌.,动物仿生学Animal bionics,03,通过对牛蛙跳跃时连续动作的摄影图片分析，牛蛙的后肢有4个关节。关节的屈伸转动与力量的传递十分和谐。牛蛙在跳跃时整个身体都十分放松，前腿松弛，充分利用了向前跳跃的惯性力。其后腿蹬地时的爆发力很大，而且离地后又充分伸展，充分利用向前的惯性力且又为下一次跳跃积蓄能量。这种高效率的关节传动能力及其动作的松弛度为跳跃运动员的技术动作提供了很好的训练模式。牛蛙跳跃的一刹那，充分地把后蹬力量转化为向前的冲力，这种高超的跳跃技术值得我们很好地借鉴。,一般情况下，蜣螂的体表(包括背腹部和肢体)在接触、切割、揉送、滚动粪便一系列过程中都不会被黏呼呼的粪便所黏附。传统上一般认为，在光滑的界面上，运动阻力小、速度快、无黏附。但在扫描电镜下，我们发现蜣螂的表面不是光滑的，而是由凹陷和隆起构成的非光滑表面。不同部位的非光滑性结构和程度有不同，经常接触粪便的体表非光滑性越明显。,任露泉院士领导的团队选择与蜣螂推粪球行为最相关的头部唇基进行研究，蜣螂非光滑表面的减黏机制在于它有效地减少土壤黏附表面，在凹坑产生有气、无土和无水区，限制连续水膜的形成，降低界面的空气负压。仿其非光滑表面设计的推土板和犁壁具有良好的脱附作用。在相同土壤的耕地实验中，与普通20钢光滑犁相比，仿生20犁降阻12.7%;与普通35钢光滑犁相比，仿生35犁降阻18%，省油12.6%。仿生的“新型绿色仿生不粘锅”与传统的裸铝锅、不锈钢锅及聚四氟乙烯不粘锅相比较，具有绿色环保、经济、耐高温、耐磨耐用、不粘、不糊、易清洁和节能等优点。,许多节肢动物都可生产毒气(液)，其中部分动物采用的是二元系生产程序，气步甲，又叫“放屁虫”，它们是制造和使用化学武器的能手。遇到敌害进攻，会转过身体，从肛门喷出灼热的烟雾，发出类似爆炸的声响，浓烟有半尺多高。所放的“屁”带有浓硝酸的气味，使天敌感到辛辣刺鼻，头痛眼花，迅速逃窜。,化学武器大规模使用始于19141918年的第一次世界大战。使用的毒剂有氯气、光气、双光气、氯化苦、二苯氯胂、氢氰酸和芥子气等。与毒剂直接填入弹内的一元化学武器相比，二元化学武器优点是易于生产、储存、运输，安全且不易失效。在全面禁止化学武器公约签订以后，大量一元化学武器将被销毁，化学武器的发展也受到很大制约，但由于公约本身存在的漏洞和某些国家的“不自觉”，化学武器的研究仍在秘密进行。,04,总结summary,仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养，加速科学的发展。因此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就将为促进世界整体科