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仿生技术 1 仿生技术 仿生学 bionics 仿生学研究如何制造具有生物特征的人工系统 美国空军军官J E斯蒂尔少校1958年首创仿生学 2 1960年全美第一届仿生学讨论会正式建立了仿生学学科 40多年来其研究范围主要包括 力学仿生 能量仿生 分子仿生和信息与控制仿生 形成了数学 物理学 化学 技术科学与生物学相融合的边缘交叉学科 3 仿生 1 鸟的翅膀功能 上升力 推动力 飞机双翼的功能 上升力 推动力需发动机装置 2 鸟的骨质中空结构使身体重量减轻 适宜在空中飞行 飞机为了减轻机身重量 采用铝合金 ABS工程塑料等轻型材料 3 鸟的自由流畅的外型可减少阻力 飞机的流线型仿鸟在冲刺状的形态 4 高扬程 5 翼端涡流 6 弹出分离控制 7 微型飞机 8 长航机 巨型无人机 9 高展弦比机翼 10 空中悬停 蜂鸟在采食花蜜时快速扇动翅膀可以达到空中悬停的效果 11 蝙蝠翅膀的形态 12 蝙蝠翅膀上的仿生 英国研究人员模仿蝙蝠翅膀 设计出一种新型薄膜可变机翼 利用这种机翼制作出的微型无人机可以飞得更远 节省更多燃料 并更易维护 英国南安普敦大学和帝国理工学院研究人员利用电活性聚合物来制作机翼 并利用电脑模型计算出最佳的机翼机构 只需施加电压 薄膜机翼就能在飞行中像蝙蝠翅膀一样收缩伸展 这种新型机翼中没有任何机械部件 更像人造肌肉 能根据所承受的作用力改变形状 研究人员将这种薄膜机翼安装在无人机上 无人机在短暂的海面滑翔飞行测试中取得了不错的效果 参与研究的帝国理工学院的拉菲尔 帕拉西奥斯说 蝙蝠翅膀能够伸缩自如 帮助它们更好地适应不同环境 而微型无人机模仿了这种能力 就可以执行多种任务 增强部署灵活性 13 德国著名设计大师路易吉 科拉尼曾说 设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中 这话道出了自然界蕴含着无尽设计宝藏的天机 仿生形态创造与设计的条件是 具有正确的认识事物 把握本质规律的方式 方法 锤炼自我创新思维能力 二是具有扎实的生活基础 从自然界 人类社会的原生状况中寻找设计的灵感 包括仿生设计思维的训练 人们的传统思维往往局限于现有的方法 体系 思维的触角伸展不开 触及不到事物的本源上去 14 运用 在超音速飞机飞行时 由于航速快 会使机翼产生颤振而阻碍运动 甚至会引起机翼折断而机毁人亡 这一问题 曾经使设计师绞尽脑汁 最后终于在机翼前缘安放一个加重装置才有效地解决了这一难题 后来人们从动物学上了解到 小蜻蜒的翅膀前缘上方都有一块深色的角质加厚区 翅痣 翅痣是蜻蜒的消颤振装置 蜻蜒快速飞行 就是靠翅痣调整翅膀的振动来实现的 15 人们根据对萤火虫的研究 创造了日光灯 使人类的照明光源发生了很大变化 近年来 科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素 后来又分离出了荧光酶 接着 又用化学方法人工合成了荧光素 由荧光素 荧光酶 ATP 三磷酸腺苷 和水混合而成的生物光源 可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯 由于这种光没有电源 不会产生磁场 因而可以在生物光源的照明下 做清除磁性水雷等工作 16 人类不具备的许多感官特征而在生物界的众多动物身上存在 如水母能感受到冰声波而准确地预知风暴 蝙蝠能感受到超声波 鹰眼能从三千米高空敏锐地发现地面运动着的小动物 蛙眼能迅速判断目标的位置 运动方向和速度 并能选择最好的攻击姿势和时间 17 18 鸡蛋壳的凸曲面能把受到的外加压力沿凸曲面分散开来 而且各处的受力比较均匀 这就使半球形壳体具有较大的刚度 能承受很大的压力 利用蛋壳发现拱形的承受力量 运用在了建筑房屋的屋顶 如 北京人民大会堂西侧的 巨蛋 国家大剧院 国外采用壳体结构的建筑有巴塞罗那圣约迪体育馆 德国汉诺游泳馆 日本代代木竞技场 法国里昂火车站等 19 大自然中万物的空间形态 结构 特征 都是生命本能地适应生长 进化环境的结果仿生形态设计是人们在长期向大自然学习的过程中 经过积累经验 选择和改进其功能 形态 而创造的更优良 多样化的形态 大自然的奥秘不胜枚举