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八年级生物仿生学


众所周知的例子
蝙蝠与声纳定位
鸟与飞机
船与鱼
对萤火虫和海蝇地发光原理的研究,获
得了化学能转化为光能的新方法,从而 研制出化学荧光灯等等。
肌理与质感仿生 (以纺织仿生为例)
亚马逊河流域的闪峡蝶因其翅膀的外壳和
基部翅瓣中特有的周期性多层结构,使周 身散发钻蓝的色彩,具有金属般的光泽。 受此启发日本帝人公司开发了光显色纤维。 在研究天然蚕丝结构和性能后,成功开发 了异形纤维和超细纤维等仿真丝纤维和纺 织品。 肉色袜
性质
仿生学是生物学、数学和工程技术学相
互渗透而结合成的一门模仿生物系统并 具有生物系统特征或类似特征的新兴边 缘科学。
仿生学的研究主要包括三个阶段
首先是根据工程技术的目标、任务进行生物
相关性的基础研究或者以生物学的发现与研 究成果为启示和基础筛选出对其他科学技术 有意义有价值的内存; 然后对基础研究的成果进行分析、综合,并 提炼、概括出相关理论和概念,揭示内在规 律,建立数学模型; 最后在前两个阶段的基础上进入具体模拟研 究、试验制造的应用研究阶段,最终创造出 人工化的成果。
母耳朵的结构和功能, 设计了水母耳风暴预测 仪,能提前15小时对 风暴作出预报,对航海 和渔业的安全都有重要 意义。
可恶的苍蝇给我们的启示?
免疫力(活蝇蛆可接种于伤口之中,起杀菌
清创,促进愈合之作用。 ) 平衡能力(飞行器的平衡) 嗅觉(传感器、捕蝇器) 棘毛的作用(减粘) 超强的生殖能力(苍蝇具有一次交配可终身 产卵的生理特点,一只雌蝇一生可产卵5-6次, 每次产卵数约100-150粒,最多可达300粒左 右。一年内可繁殖10-12代。每只雌蝇能产生 2000个后代,则100只雌蝇只需经过10个世 代,繁殖的总蝇数将达到2万亿亿个)
白蚁冢具有良好的通风、保温、保湿功能 锯齿草 与锯(鲁班) 瑞士猎人乔治从苍耳属植物获取灵感发 明了尼龙搭扣。
形态仿生
天鹅形的观光船 仙鹤音响
剪子
综合仿生
仿人机器人
肌肉和骨骼
——现代假肢
飞机的诞生
1870年,德国人奥托.利连塔尔制造了第
一架滑翔机。利连塔尔是十九世纪末的 一位具有大无畏冒险精神的人,他望着 家乡波美拉尼亚的鹳用笨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的翅膀从他 房顶上飞过,他坚信人能飞行。1891年, 他开始研制一种弧形肋状蝙蝠翅膀式的 单翼滑翔机,自己还进行试飞;此后五 年,他进行了2000多次滑翔飞行,并同 鸟类进行了对比研究,提供了很有价值 的资料。
莱特兄弟发明了真正意义上的飞机。在
飞机的设计制作过程中,怎样使飞机拐 弯和怎样使它稳定一直困绕着他们。为 此,莱特兄弟又研究了鸟的飞行。例如, 他们研究鶙鵳怎样使一只翅膀下落,靠 转动这只下落的翅膀保持平衡;这只翅 膀上增大的压力怎样使鶙鵳保持稳定和 平衡。
如今飞机的平衡锤仿生了苍蝇的平衡棒
未来的飞机是个什么样?
太阳能 袖珍 房顶是飞机场 翅膀收缩调整 可以振翅 可以俯冲空中停止
汽车与仿生(案例之二)
形态仿生
汽车的功能仿生
螃蟹壳——轻而强
一种内部高压造型技术由此诞生。将金
属管置于模具中,高压状态下将液压液 体或气体注入金属管两端,使金属在 2400巴的高压下形成模具的形状。这一 技术保证了零件精准的尺寸和形状,在 充分利用空间、赢得更多轴力度和硬度 的同时减轻了重量。
方法
复制不是仿生学的研究目的,对生物系统
工作原理的本质认识、理解和应用是最终 目标。在这个过程中发散性地进行类比、 模拟和模型化是仿生学研究的主要方法, 数学模型是从生物原型到应用模型的关键。 但是对复杂生物系统的认识往往是一个长 期的研究过程,并依赖于先进科学技术的 支持,需要多学科的交叉、合作,所以仿 生学的研究是一个系统工程,存在相当大 的难度。
仿生学研究的分支
力学仿生、分子仿生、能量仿生、 信息和控制仿生等 电子仿生、机械仿生、建筑仿生、 化学仿生、人体的仿生、宇宙仿生等 形态仿生、形式美感仿生、功能仿 生、结构仿生、机理仿生、色彩仿生、 意象仿生
仿生设计
仿生设计学与旧有的仿生学成果应用 不同,它是以自然界万事万物的“形”、 “色”、“音”、“功能”、“结构” 等为研究对象,有选择地在设计过程中 应用这些特征原理进行的设计,同时结 合仿生学的研究成果,为设计提供新的 思想、新的原理、新的方法和新的途径。 仿生设计学作为人类社会生产活动与自 然界的锲合点,使人类社会与自然达到 了高度的统一,正逐渐成为设计发展过 程中新的亮点。
由乌龟想到的?
生命力强
静——寿命(生命在于运动?) 坚硬的外壳 (坦克) 中国人对乌龟的特殊意象? 忍辱负重?高寿?忍垢偷生 ?
电子蛙眼
青蛙的眼睛很奇怪,他们看活动的东西
很敏锐,对静止的东西视而不见。人们 从中得到启示,发明了电子蛙眼。
保鲜膜
结构仿生
例如:食蝇草与发卡
结构仿生
白蚁冢与建筑仿生
汽车的骨架
在自然界,发泡材料出色的能量吸收性
能发挥最突出的例子是猫头鹰和大象的 头部,虽然象头只有几公斤,却能轻松 移动几百公斤的重量。 仿制轻骨架组织———发泡金属进一步 研究发现,泡孔组织结构的零部件强度/ 密度比极佳。如果向铝模具内充气或把 将要发生化学反应的小颗粒注入铝模具, 形成发泡铝的多孔组织,就能充分吸收 能量,缓冲和降噪。
我们的服装与仿生还有哪些关系?
孔雀裙、燕尾服、荷叶领、灯笼裤
变色龙与迷彩服
2008年奥运会上的高科技泳衣
美国华盛顿大学的研究人员正在试图揭
示蜘蛛吐出的水溶性蛋白质是如何变成 不溶的、强度比防弹背心还要坚韧的丝 的奥秘。科学家们已开始运用仿生学理 论研制人造蜘蛛丝。
功能仿生
水母的顺风耳,仿照水
仿生设计
——向自然学习
热爱自然、保护自然、自然和谐相处, 我们就会从自然中获得智慧和灵感
仿生学
在20世纪60年代,1960年9月13日,在美国
召开的第一届仿生学研讨会上,斯蒂尔博士 首次提出了仿生学(Bionics)的概念,并定义 仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系 统,或者使人造技术系统具有或类似于生物 系统特征的科学,简而言之,仿生学就是 “模仿生物的科学”。
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