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仿生设计的渊源 2008-04-21 15:26:53| 分类： 仿生词典 |字号 订阅 自古以来，设计与自然之间都是紧密关联的，远古人类创造活动的第一步就是从模仿自然开始的：我们可以从早期的原始彩陶上的旋涡纹、鸟纹、鱼纹，到青铜器上的饕餮纹、雷纹；从青瓷上的莲花、凤首壶，到明式家具上的官帽椅、月牙桌；从神话传说中人的羽化飞升，到春秋战国时期的鲁班从草叶的齿形边缘中“悟”到了锯的原理等，大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性地模仿。人类模仿鸟的飞翔，经过漫长岁月，从最初的木制飞人发展到今天的超音速飞机，终于实现了人类在蓝天上自由飞翔的梦想。这些无疑是古人的设计智慧与自然形态完美组合的结晶。 众所周知，利用旋转翼飞行的直升机的发明构想，最初来源于蜜蜂飞翔时像螺旋桨一样回旋的翅膀翼片。甲虫类的“变形蛇腹折叠结构”，则利用翅膀收藏在硬翅下的构造，能在瞬间将翅膀收放自如。这一原理也被作为太阳能电池板的收放结构，照搬在宇宙飞行器上面。苍蝇由于长着有像陀螺仪那样功能的瘤状突起，所以才能够自由地平衡飞行。最近，奔驰汽车公司就照此原理，在车上装载了一种具有电子感应功能的陀螺仪，作为防止车体侧翻的安全系统装置。最近在汽车界成为热门话题的“燃料电池”，其实也是由生物发电的方式所产生的构想。 在过去的20世纪里，人类曾有过许许多多的发明和设计。但是，像核能，化学药品以及PVC塑料等发明，运用这些发明设计形成的产品对人类的功过却难以确定。在第二次世界大战以后仅仅四分之一个世纪中，这些发明就已经被揭去了所谓“造福人类“的面具，而其它明显暴露出破害人类与环境的材料或科学技术也非常多。相反地，人们发现生物所具有的种种奇妙构造，都是在长久的进化过程中，经过了无数次试行错误和验证后才取得的成功。因此，运用仿生学的原理所进行的设计，在实用性方面是经得起时间考验的，而且它们也可以和大自然和平共存。因此，如何向各种生物学习生存的智慧，将会成为今后的一项研究攻关课题。而被称之为“仿生学”的未来技术，在不久的将来将会成为最受关注的一门学科，著名的德国工业设计师路易吉. 科拉尼是仿生设计理论的大力倡导者和实践者，他曾说：“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。”所以仿生设计也势必逐渐成为工业设计发展的大趋势。 环保建筑——仿生学原理用于建筑设计 自古以来，建筑师们就从大自然撷取设计灵感。古埃及柱的设计就是以棕榈树和荷花为蓝本，建筑师们借助这些自然形成的物体的形状和比例，力争使设计达到完美的境界。 现在，一些建筑师相信这种仿生学能发挥更大的作用，不仅仅只是局限于使建筑物更好看，而且可以通过复制大自然中发现的各种功能系统来给新设计的建筑提供绿色空调，提供能量，甚至淡化海水。他们坚持认为，用仿生学原理设计建筑，将不只是一个噱头，而将具有实实在在的经济意义。 不用电的空调系统 到目前为止，借助仿生特性的建筑物，更多地由生物的美学功能来驱动，并一直局限于相对简单、被动的系统。以巴黎的阿拉伯世界研究所为例，这个矩形建筑看起来极具抽象风格，但这个建筑阳面的玻璃外墙却被金属屏所覆盖，这些屏又由单个可移动的孔径所组成，这些孔径像眼睛的虹膜一样可以张合，控制阳光的进入量。这种设计既能在温度升高时保证内部的凉爽，又能在晴天为房间注入充足的光线。 同样，现在有一些建筑物，其通风系统则是基于对白蚁蚁穴的发现。Eastgate中心是津巴布韦首都哈拉雷的一个商业中心和办公区，它的空调系统有很多的排气口和烟道，帮助热空气从建筑物中排出。当热空气上升，流出建筑物顶部的排气口时，较凉的空气则被带到地面，这就是蚁穴的“烟囱效应”。 英国雷丁大学仿生学中心主任，杰罗尼米迪斯博士正在进一步利用这样的概念，来制作一种自适应材料，这种材料能够对空气湿度具有柔性响应——这个灵感来自于松果体的开关方式。他使用一种类似于纤维素的纤维复合材料，制作了一个能随着室内外的空气湿度改变形状的排气口。当暖湿空气堆积在室内时，排气口打开，将暖湿空气排出室外。当室内空气干燥时，排气口则保持关闭，将室外的潮湿空气拒之门外。杰罗尼米迪斯博士说：“在原理上，它完全可以作出自然反应，根本不需要任何其他的外力。” 巧用仿生原理淡化海水 近年来，建筑师们对能耗和可持续性发展越来越感兴趣。生物学也许能给这一系列问题提供解决之道。 格雷姆肖建筑师事务所的建筑设计师鲍灵先生希望将这种自然设计带到全新的水平。在进行圣塔卡他林那地峡——大加那利岛拉斯帕尔马海岸的一条狭长陆地的重建设计时，该事务所提出在3公里的步行道上设计一个剧院和一个植物园，但不用兴建一条新的排水沟，因为建筑师们将使这些建筑能以更自然的方式调节室温和排水。鲍灵先生称，他们计划推出一个设计方案，能够使整个岛屿实现水源和能源的自给自足，而无需依赖矿物燃料。 这意味着要找到一个把海水变成清洁饮用水而不花费太多能源的办法。他的事务所从雾姥（fog-basking)甲虫和骆驼鼻腔的功能得到灵感，开始设计一种新型的海水淡化厂。在纳米比亚发现的雾姥甲虫用一个非常简单巧妙的办法来实现这样的功能。它们白天躲在地下，当它们晚上出来时，其黑色的背部与周遭的夜间空气相比相对较凉，从大西洋来的湿热海风吹过时，空气中的水分就凝结在甲虫的背部（类似于放在桌子上的冰啤酒瓶表面会凝结出空气中的水分）。甲虫只需倾斜自己的身体，就可以将水滴进自己的嘴巴。骆驼也使用相似的伎俩，防止呼气时失去水分。当骆驼吸气时，鼻腔中贮藏的湿气蒸发，在此过程中鼻腔冷却。当骆驼呼气时，空气中的湿气就凝结在鼻腔上。 受此启发，鲍灵先生和他的同事利用这一原理完成了剧院的结构设计。在面向大海和海风来袭的方向安装了一些高大的、竖立的蒸发“散热板”。泵取海洋表层的温热海水，下渗到这些单元中。当海风吹过这些散热板时，一些海水蒸发留下了盐。然后，清洁、湿润的空气继续流动直到碰到竖立的冷凝水管。这些冷凝水管中的冷水则泵取自海面1000米以下的深海。当湿热的空气碰到这些水管时，水就冷凝滴落下来，从而可以收集起来。 这个系统足够为7万平方米的建筑供水。利用传统的骤沸蒸馏法淡化出1立方米的水需要耗电5到12度，但利用仿生法则只需1.6度。而且，因为水泵的大部分电力可以由风车来供应，海风既给设备提供气流，又可驱动风车，所以设备的总能耗还可以进一步降低。在此过程中，同一系统也可帮助邻近的建筑物降温。 热带雨林建在垃圾场上 鲍灵先生和他的同事们认为，更进一步采用仿生原理，在降低运行成本和资源使用的同时，还可以创造新的收入来源。 鲍灵先生说，自然生态系统是一个可再生系统，它是一个由各种不同有机物组成的非常复杂的网络，各种有机物在一个闭环中运行。而人造系统通常趋于相反，它是线性的，即一方面消耗原料，另一方面产生废弃物，结果是渐进地耗竭自然资源。 为了努力复制一个这样的闭环系统，格雷姆肖建筑师事务所设计了一个室内的热带雨林。这个植物园建在现有的垃圾填埋场上，并且完全是碳中性结构的。在全年的大部分时间里，这个温室的热量由透过玻璃屋顶的阳光提供，在寒冷的月份，热量则来自于填埋生物。建筑设计为两侧设有很多大型的立式容器，在这里可以对那些原本用于填埋的废物进行生物降解。废物在这些大型容器中进行分解反应时，温度可高达75摄氏度，可用来给植物园的温室加温。 这个建筑不仅是碳中性的，而且可以通过提供垃圾处理服务带来收入。有些国家征收的填埋税高达每吨垃圾20英镑。设计者认为，如果将他们设计的建筑充当替代的垃圾填埋场，每年可获利700万英镑。而且在这个可再生的闭环中，最后生成的化肥还可以售作农业用途。 将生态系统带回家 仿生学也可以有更简单的应用。得益于荷叶自我清洗原理的智能油漆目前正在进行试验。一旦得以应用，这种油漆的表面将密布一粒粒的小凸点，就像在显微镜下观察到的荷叶上的凸点。这些小凸起的作用就是防止水滴蔓延，水滴只能在表面滚动，同时带走污垢（自洁玻璃就是依据此原理）。 另外，有机太阳能电池模拟光合作用，捕捉光并转换成电能，也可以称得上是一种仿生技术的应用。 鲍灵先生说，从自然中获取建筑设计的灵感，将能帮助降低建筑物对环境的影响。这个过程，也许能鼓励人们以更加尊重的态度多方位地看待自然系统。 飞蓬草和车轮 2008-04-24 11:15:58| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 飞蓬草属于菊科，是二年生的草本植物，它的茎直立，可以高达60厘米。每逢夏季开花，花色呈淡紫色，头状花序排列，有的像伞房，有的像圆锥。它生长在山坡、草地、牧场或林带边缘，是野外常见的植物。它的茎、叶可以提炼芳香油，在我国古代许多著名的草药书中都有记载。飞蓬草的学名是蓬，并不会飞，之所以得名飞蓬草，是由于在花枯萎之后，它的根便断开，从而遇风便在空中飞旋，其形貌仿佛是哪吒的风火轮，传说，四千多年前，我们聪明的祖先正是受到了飞蓬草的启发，发明轮子的。有史为证，“见飞蓬转而知为车”，即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子，从而做成装有轮子的车。 鱼尾和船橹： 2008-04-24 12:22:30| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 大约在公元前1世纪，我们聪明的祖先发明了船橹。有了这种橹，老人和孩子们都能轻松地把船摇向前进。细心的小朋友一定会问：橹是怎么发明出来的呢？这里有一个美丽动人的传说……有一天李大爷出去打鱼，看见不远的地方有一只鱼正摆着尾巴在水中轻快地前进，突然一个念头闪过李大爷的脑海：这船要是也有条“尾巴”，不就可以像鱼儿那样轻松地前进了吗？那天，李大爷放过了那条鱼，转而收网回家，为自己心爱的小船装上了一条“尾巴”，这就是最早的橹！第二天，李大爷摇着橹的绳子，就这么轻松的去打鱼了，他用的力气比别人小，可是他的船比别的船快得多！ 荷叶与自洁涂料 2008-04-24 11:12:45| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 在显微镜下，科学家们发现原来荷叶面上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物，雨水落在上面，铺不开、渗不进，只化作粒粒水珠滚落下来，顺道儿带走了荷叶表面的灰尘，从而使叶面始终一尘不染。灵光一闪，科研人员模仿荷叶的自净原理，开展防污产品的研究。这项技术将应用于生产建筑涂料、服装面料、厨具面板等需要耐脏的产品。美国已经开始研究如何将这种自净原理用于汽车制造，使驾车族不必再日日洗车。上海也已研制出具有自洁效应的纳米涂料，其干燥成膜过程中，涂层表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷中流走了。 水草与不粘锅 2008-04-24 11:14:05| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 鱼缸里有些水草会长青苔，有些不会，原来有些水草具有自洁功能，其表面呈现非光滑形态。“生物非光滑基础理论”是国家重大基础研究项目，科研人员通过对大量生物体表所具有的减粘、自洁功能研究，发现了生物体表防粘功能的重要原因，即：体表均呈非光滑形态。这种形态一方面能减少体表与粘性物质接触面积；另一方面破坏了水膜的连续性，使体表与粘性物质表面间存在空气膜，从而达到不粘的效果。吉林大学曾承担“新型绿色仿生不粘锅”研究开发。该成果是通过对自洁植物体表形态、结构及其不粘行为长期系统地研究提出来的仿生新思想，构建非光滑复合界面，从而实现仿生锅不粘的性能。近些年来，市面上销售的基本是“化学”不粘锅，诸如美国联邦公司生产的“特富龙”。它的不粘原理是在锅表面涂上一层化学物质。而“新型绿色仿生不粘锅”与传统不粘锅相比较，具有绿色环保、耐高温、耐磨耐用、易清洁等优点，对于倡导绿色环保、健康的生活带动厨房革命和创建节约型社会必将起到积极的推动作用。 秸杆与夹芯板 2008-04-24 11:19:32| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 秸杆在农村又可以喂猪又可以做柴火烧。秸杆的主要成分是粗纤维，粗纤维的外围基质为木质素，它起着赋予纤维机械强度以及保护纤维素免遭微生物及酶攻击的作用。根据这一结构，科研人员发明了夹芯板。秸杆类物质外壁是质地坚韧的木质素，它可以有效保护内部质地柔软的粗纤维。那么，这种结构有什么用呢？一些建材公司的工程师开始动脑筋了，思来想去，他们根据秸杆的结构和质地的特点，发明了夹芯板。小朋友，你知道夹芯板是什么东西吗？夹芯板的面层常采用金属薄板，芯层则选用硬质泡沫材料，金属面层除承受荷载外，还可保护芯层，使其免受损伤；而芯层除保温 隔热和隔音外，还可将两个面层连接成整体，共同随外荷载。由于夹芯板具有良好的结构性能，近年来在建筑围护结构中的应用日趋增长。夹芯板的面层以金属材料居多，但也可以采用配筋混凝土作为面层，在一些轻钢结构住宅中，楼板或墙板为了减轻自重，也采用夹芯板，不过这种夹芯板以混凝土为外壳，芯材仍旧是泡沫材料。 麦秆与自行车 2008-04-24 11:22:07| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 当你每天早晨骑上自行车去上学的时候，你是否想过自行车的车架，为什么设计成了空心管子？从德莱斯制成了世界上第一辆自行车以来，人们不断地对自行车的样式、材料进行改良，但不管哪种自行车，车架都是用很薄的空心管子做成的。车架是自行车的骨骼，因此要求有足够的强度。原来，空心管的灵感正来自于大自然的麦秆，你看，一根细长的小麦秆，能够支持比它重几倍的麦穗，奥妙就在于它是空心管子，原来，任何一块材料遇到外力发生变形的时候，总是一边受到挤压力，另一边受到拉伸力，而材料中心线附近长度基本不变，这就是说，离开中心线越远，材料受力越大，空心管子的材料的强度几乎都集中在离中心线很远的边壁上，因此，它比一根同样重的实心棍子的强度要大得多。 王莲与建筑 2008-04-24 11:27:09| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 王莲原产于南美洲亚马逊河流域，它的直径可达1.8米-2米。这种叶子的背面有粗大的叶脉构成骨架，其间以镰刀形小叶脉横隔相连，叶子里的气室使得叶子稳定地浮在水面，具有很强的支撑力。王莲叶子的结构原理已经应用于城市建筑。工程师们参照王莲叶子的结构特点建成的体育馆大厅屋顶，既具有足够的牢固性，又免除了许多梁柱，使观众可以很方便地观看比赛。这不禁令人想起1851年英国世博会“水晶宫”设计师约瑟芬·帕克斯顿的话语：“惟有自然才是真正的工程师”。当年，这位园艺师正是模仿植物王莲叶脉的结构，创意设计了一座以钢铁和玻璃为建材的“水晶宫”，“水晶宫”是一座顶棚跨度很大的展览大厅。整座建筑既轻巧、雄伟又经济耐用，它不仅成就了那届世博会，而且构建了近现代功能主义建筑的雏形。 竹子与超高建筑 2008-04-24 11:29:52| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 竹子的整体结构是一个由基部向上逐渐递减的圆锥形空心结构，它柔中带刚。竹竿每隔几厘米至十几厘米，便有一个竹节，由节的横隔壁组成一个纵横关联的整体，这对中空细长的竹竿的刚度和稳定性，起着重要作用。带节的竹竿与不带节的竹竿相比，其抗劈开强度和横纹拉伸强度分别提高了128.3%和49.1%。如今，在高层建筑领域，这种仿竹状薄壁带节的结构被普遍使用。近年来各国摩天大楼如雨后春笋，大多数采用圆筒结构形式。最负盛名的当数华人建筑大师贝聿铭设计的香港中国银行大厦，它高315米，共70层，堪称仿竹建筑杰作。其他的著名建筑如慕尼黑BMW公司25层办公楼，用四个结构圆筒作为整个建筑物的支撑并兼有竖向交通的功能；美国芝加哥第一联邦银行大楼60层，从外形可以看出高楼上均有竹节的水平结构层，这种水平的结节又往往和设置层结合起来，从而实现功能与结构的完美统一。 鲍鱼壳与超级水泥 2008-04-24 12:34:39| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 鲍鱼在长壳的时候，会不断地分泌出一种高强度的胶水，这种胶水含有一种特殊的糖蛋白，它能把所有的“砖头”牢牢地粘合在一起，就像一堵坚固的城墙。如果调皮的你把鲍鱼壳砸开一条裂缝，那么你就会看见一股糖蛋白胶水自动地流入裂缝中去，把外壳修补得完好如初。依照着鲍鱼壳中的糖蛋白成分，科学家发明出了“超级水泥”，它可以用来黏合墙板、门窗和屋顶，还可以用来粘接陶制的文物呢！最近，还有更激动人心的消息：骨科医生们正试图用“超级水泥”来为骨折的患者接合骨头！ 乌龟与小提琴 2008-04-24 12:32:36| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 你知道小提琴是怎么发明的吗？这得从一个古老而美丽的传说讲起，它跟乌龟有关。两千多年前，在古埃及有一个叫美尔古里的音乐家。有一天，他在尼罗河边悠闲地散步，走着走着，突然踢到了一个什么东西，瞬时发出了一阵悦耳的声音。他低头一看，原来是一只乌龟。这时，美尔古里纳闷了：乌龟怎么能发出像乐器一样的声音呢？他带着好奇的心理，把乌龟拿回家，放在桌上仔细瞧瞧，后来他经过专心研究，发现了乌龟壳受振动而发音的原理，并仿照乌龟壳的外型制造了世界上第一把小提琴。当然，这时的小提琴还只是雏形。后来，在16世纪-18世纪，意大利的一些制琴师对早期小提琴进行材料和音阶上的调整，最终做成了现代小提琴的模样。 含羞草与小肠内视镜 2008-04-24 11:18:35| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 含羞草在受到刺激后会在最快时间内“通知”全体叶片和叶柄，这是怎么回事呢？仔细观察，就能看到在含羞草的小叶片和叶柄、叶柄和茎相连接的部位有一个膨大的部分，它就是含羞草对刺激反应最敏感的部位，叫叶枕。叶柄里充满了水分，并保持很大的压力，当你用手指去碰含羞草的时候，叶枕下部细胞里的水分，马上向上部和两侧流去，于是叶枕上半部分鼓起来而下半部分就瘪下去了，叶柄就低垂下去。叶柄原来是淡绿色，当含羞下垂时，叶柄颜色立即加深，变成深绿色，这就是因为水分分散流开的原因。受到启发的，日本奥林巴斯公司的科研人员研制出了一种可以伸到小肠里的内视镜，在内视镜的筒状部分使用了一种与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料，它在肠道液体的压力下，会沿着轴向自动伸长或者弯曲，从而使得内视镜的筒状部分与肠道保持统一形状，从而减少检查中肠道的排异感。小肠内视镜除了是一种检查工具之外，它也是一种治疗性工具，对于小肠正在出血的病患可作为止血工具，对于小肠息肉则可作为息肉切除工具。 鲨鱼和泳装 2008-04-24 12:23:58| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 当你在电影里面看见鲨鱼快速游泳的时候，你是不是以为鲨鱼的皮肤是完全光滑的呢？这样就没有摩擦力，可以使鲨鱼游得更快！其实啊，如果你有机会的话，可以去亲手摸摸鲨鱼皮，你就会发现：鲨鱼的皮肤上有一些粗糙的齿状凸起。正是这些凸起能有效地引导水流，让鲨鱼游得更快。运动学专家们根据这个原理设计出了一种特殊的泳衣——连体“鲨鱼装”，它不仅能引导水流，还能收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动，能让穿着这种泳衣的游泳运动员的竞争力更强。在悉尼奥运会上，澳大利亚游泳名将索普穿着一身“鲨鱼装”获得金牌，也让“鲨鱼装”一举成名。现在，设计人员对“鲨鱼装”进行不断的改进，他们在泳衣的腰部和臂部增添了许多硅材料制成的排水槽，据说，这种新式设计能让游泳选手的成绩提高3%。 企鹅和无轮汽车 2008-04-24 12:20:57| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 当企鹅遇到危险的时候，它们能以30千米/小时的速度在雪地上飞跑。是什么原因让这些笨重可爱的家伙跑得这么快呢？后来，人们才知道是企鹅特有的姿势在起作用，它们把肚子贴在地上，把两只脚当作滑雪杖，尽力地蹬雪，这样就能很快地向前行进了。在企鹅的启发之下，人们设计出没有轮子的极地越野汽车，这种汽车的底部贴在雪面上，只靠轮勺推动着前进，大大解决了极地运输的难题。 海豚和鱼雷 2008-04-24 12:27:10| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 海豚有一个流线形的体形，这种体形能帮助它们的皮肤有两层，外面的一层非常薄而且很有弹性，就像最好的橡胶一样。而里边一层呢，有很多脂肪，通过脂肪的调整，能减小水流给海豚身体造成的震动，更神奇的是，海豚的皮肤还有一种特殊的疏水性质，它能改变周围的水流对身体的不利影响，使海豚受到摩擦更少。于是，科学家依据海豚皮的特点，为鱼雷设计了专门的人造海豚皮，实验发现，换上这种皮后，鱼雷的速度可以提高一倍。 蜂类与仿生 2008-04-21 15:21:31| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的——菱形钝角109。28’，锐角70。32’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太阳准确定位。科学家据此原理研制成功了偏振光导航仪，早已广泛用于航海事业中。 甲虫与仿生 2008-04-21 15:18:46| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 屁步甲炮虫自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应，瞬间就成为100℃的毒液，并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应，在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量。另外，根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中。 蝴蝶与仿生 2008-04-21 15:17:50| 分类： 对动物的模仿 |字号 订阅 五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍安然无惹，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。 人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。 对仿生设计的启示 2008-04-21 15:31:09| 分类： 仿生词典 |字号 订阅 我们注意到本土品牌和本土设计机构创造的优秀的仿生设计产品很少，通过以上的分析仿生设计经典设计作品，作者认为好的仿生设计最好是求神似而不求形似。 （1）首先要把自然形态抽象化并在作品中融入生活的感受，这样设计出的作品才能够显示出种含蓄性，更容易触发我们的想象，更具有艺术的感染力。其次恰当选择仿生的对应物，把握事物形态最根本的特征，尤其是这些特征中最能和产品形态、产品意义、产品功能及使用环境等因素发生关联的特征进行提取和运用。 （2）结构仿生设计灵感来源并不仅仅是大自然万物外在结构的表现形式，而是要从其内部结构，如骨骼结构、肌理结构、基因结构、生理结构等去寻找灵感。 （3）仿生应该最好是综合形态、功能、结构或材料的多个方面来进行仿生设计。 当今的信息时代，人们对产品设计的要求不同于过去，不只是注意功能的完善，还要追求清新、淳朴，返朴归真的个性设计。从大自然的 生存哲学即和谐与艺术的角度进行更深意义和层次上的仿生设计，才是这个时代的设计师们所追求的目标。 综合仿生设计 2008-04-21 15:29:42| 分类： 仿生词典 |字号 订阅 在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是不科学的，作者认为应该是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还应该从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计。 仿生学是研究生物系统的结构和性质，为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学，它对于汽车产品的提升和发展同样潜力巨大。宝马汽车专家基于这一认识，便在汽车设计和材料选择中开始了“与大自然合作”的进程。 首先，在自然界，他们发现很多高度复杂的中空结构，重量保持最轻，却有出色的韧性和强度，如鸟类的羽毛骨质，螃蟹（图15）、蜘蛛等的壳。这些正是宝马H2R汽车灵感来源之一。 其次，车身结构，就像哺乳动物的骨髓，支撑着体内的其他部分。对于宝马3系，车身重量约占整车的20%，而人的骨髓占人体重的18%，而马的骨髓与其总体重之比达到完美的7—10%（图16），平衡的秘密就在于马为鉴研制了轻质技术。 再次，宝马的H2R氢燃料汽车最高时速达 300.175公里。无庸置疑，发挥到极至的空气动力学是实现这一高速的关键因素。宝马H2R外型和设计的灵感来自海豚和企鹉的低阻身材（图17）。圆鼓的前脸、收起的尾部，极小的正锋面，成就了其0.21的阻力系数。而球的阻力系数则是0.50（图18）。 总之宝马集团的设计师是在吸收大自然的灵感，通过应用仿生学，扩展并推动汽车产品、工艺的传统设计理念，使宝马H2R汽车更轻、更安全、更省油，同时更舒适、动感。如图19—1、19—2所示：车身侧面的通风口，模仿了的鲤裂。这种模仿不仅限于形态的模仿，它有其功能上的意义。汽车在高速行驶时，阻力来源于空气对车身正面的阻力以及侧面的摩擦，而且车身底部的升力也使汽车行驶的平稳性大大降低，侧翼的导流口可减少汽车高速行进时侧面的空气的阻力，增强行驶中的稳定性。 如图20所示：首先，该款汽车车头形状模拟鱼类头骨的生理结构设计而成（鱼头骨的生理结构帮助鱼类克服了水中游动时遇到的大部分水流阻力），这种设计结构大大消弱了汽车在行驶过程中遇到的空句阻力。风洞实验结果表明，汽车车头的风阻系数CX值仅为0.09。汽车车身结构设计和选取的漆料颜色也分别模仿了鱼类身体形状和鱼鳞的色泽。此外，车身全长为4.24米。因此，奔驰公司将该款新车命名为梅塞德斯仿生车（Mercedes bionic）。 这类仿生设计找到了对应物的生物原理，通过对生物的感知，进一步形成了感性认识，最终从功能出发，对照生物原型进行了相应的设计。 结构和材料的仿生 2008-04-21 15:13:53| 分类： 仿生词典 |字号 订阅 随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些为人类提供了“优良设计”的典范。 例如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由 3 个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角 109 ° 28 ’和锐角 70 ° 32 ’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。 最新科学研究指出，生物体都是由少数很简单的物质构成的，诸如糖、蛋白质和水之类。生物体的不同部分，从柔韧的皮肤到坚硬的骨骼，性能如此多样，关键在于从原子排列成分子，及从分子组合成纤维,晶体等半成品，在结构上的千差万别，就是由于结构的奇巧精致，形成了各种优越奇特的性能。 解生物体构造的这些奥秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化硼分子之间，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具有这种性能，那么遭到损害时能够感知并自行修复。具有和生物机体相同弹性的材料，伸缩自如，能成功地用来制作人工动脉。 因此，工业设计师也要积极的关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。 总之，破解生物体结构之谜，研制仿生材料的路还很漫长，目前人类只不过刚刚起步前行，但是仿生材料的应用前途无量，却是绝无疑义的。 |
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