巧用仿生原理淡化海水

  　  近年來，建筑師們對能耗和可持續(xù)性發(fā)展越來越感興趣。生物學(xué)也許能給這一系列問題提供解決之道。

 　   格雷姆肖建筑師事務(wù)所的建筑設(shè)計師鮑靈先生希望將這種自然設(shè)計帶到全新的水平。在進行圣塔卡他林那地峽——大加那利島拉斯帕爾馬海岸的一條狹長陸地的重建設(shè)計時，該事務(wù)所提出在3公里的步行道上設(shè)計一個劇院和一個植物園，但不用興建一條新的排水溝，因為建筑師們將使這些建筑能以更自然的方式調(diào)節(jié)室溫和排水。鮑靈先生稱，他們計劃推出一個設(shè)計方案，能夠使整個島嶼實現(xiàn)水源和能源的自給自足，而無需依賴礦物燃料。

  　  這意味著要找到一個把海水變成清潔飲用水而不花費太多能源的辦法。他的事務(wù)所從霧姥（fog-basking)甲蟲和駱駝鼻腔的功能得到靈感，開始設(shè)計一種新型的海水淡化廠。在納米比亞發(fā)現(xiàn)的霧姥甲蟲用一個非常簡單巧妙的辦法來實現(xiàn)這樣的功能。它們白天躲在地下，當它們晚上出來時，其黑色的背部與周遭的夜間空氣相比相對較涼，從大西洋來的濕熱海風(fēng)吹過時，空氣中的水分就凝結(jié)在甲蟲的背部（類似于放在桌子上的冰啤酒瓶表面會凝結(jié)出空氣中的水分）。甲蟲只需傾斜自己的身體，就可以將水滴進自己的嘴巴。駱駝也使用相似的伎倆，防止呼氣時失去水分。當駱駝吸氣時，鼻腔中貯藏的濕氣蒸發(fā)，在此過程中鼻腔冷卻。當駱駝呼氣時，空氣中的濕氣就凝結(jié)在鼻腔上。

    　受此啟發(fā)，鮑靈先生和他的同事利用這一原理完成了劇院的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在面向大海和海風(fēng)來襲的方向安裝了一些高大的、豎立的蒸發(fā)“散熱板”。泵取海洋表層的溫?zé)岷Ｋ聺B到這些單元中。當海風(fēng)吹過這些散熱板時，一些海水蒸發(fā)留下了鹽。然后，清潔、濕潤的空氣繼續(xù)流動直到碰到豎立的冷凝水管。這些冷凝水管中的冷水則泵取自海面1000米以下的深海。當濕熱的空氣碰到這些水管時，水就冷凝滴落下來，從而可以收集起來。

 

   　 這個系統(tǒng)足夠為7萬平方米的建筑供水。利用傳統(tǒng)的驟沸蒸餾法淡化出1立方米的水需要耗電5到12度，但利用仿生法則只需1.6度。而且，因為水泵的大部分電力可以由風(fēng)車來供應(yīng)，海風(fēng)既給設(shè)備提供氣流，又可驅(qū)動風(fēng)車，所以設(shè)備的總能耗還可以進一步降低。在此過程中，同一系統(tǒng)也可幫助鄰近的建筑物降溫。

    熱帶雨林建在垃圾場上

  　  鮑靈先生和他的同事們認為，更進一步采用仿生原理，在降低運行成本和資源使用的同時，還可以創(chuàng)造新的收入來源。

   　 鮑靈先生說，自然生態(tài)系統(tǒng)是一個可再生系統(tǒng)，它是一個由各種不同有機物組成的非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，各種有機物在一個閉環(huán)中運行。而人造系統(tǒng)通常趨于相反，它是線性的，即一方面消耗原料，另一方面產(chǎn)生廢棄物，結(jié)果是漸進地耗竭自然資源。

  　  為了努力復(fù)制一個這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，格雷姆肖建筑師事務(wù)所設(shè)計了一個室內(nèi)的熱帶雨林。這個植物園建在現(xiàn)有的垃圾填埋場上，并且完全是碳中性結(jié)構(gòu)的。在全年的大部分時間里，這個溫室的熱量由透過玻璃屋頂?shù)年柟馓峁?，在寒冷的月份，熱量則來自于填埋生物。建筑設(shè)計為兩側(cè)設(shè)有很多大型的立式容器，在這里可以對那些原本用于填埋的廢物進行生物降解。廢物在這些大型容器中進行分解反應(yīng)時，溫度可高達75攝氏度，可用來給植物園的溫室加溫。

 

  　  這個建筑不僅是碳中性的，而且可以通過提供垃圾處理服務(wù)帶來收入。有些國家征收的填埋稅高達每噸垃圾20英鎊。設(shè)計者認為，如果將他們設(shè)計的建筑充當替代的垃圾填埋場，每年可獲利700萬英鎊。而且在這個可再生的閉環(huán)中，最后生成的化肥還可以售作農(nóng)業(yè)用途。

    將生態(tài)系統(tǒng)帶回家

  　  仿生學(xué)也可以有更簡單的應(yīng)用。得益于荷葉自我清洗原理的智能油漆目前正在進行試驗。一旦得以應(yīng)用，這種油漆的表面將密布一粒粒的小凸點，就像在顯微鏡下觀察到的荷葉上的凸點。這些小凸起的作用就是防止水滴蔓延，水滴只能在表面滾動，同時帶走污垢（自潔玻璃就是依據(jù)此原理）。

 　   另外，有機太陽能電池模擬光合作用，捕捉光并轉(zhuǎn)換成電能，也可以稱得上是一種仿生技術(shù)的應(yīng)用。

  　  鮑靈先生說，從自然中獲取建筑設(shè)計的靈感，將能幫助降低建筑物對環(huán)境的影響。這個過程，也許能鼓勵人們以更加尊重的態(tài)度多方位地看待自然系統(tǒng)。

飛蓬草和車輪  

2008-04-24 11:15:58|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

       飛蓬草屬于菊科，是二年生的草本植物，它的莖直立，可以高達60厘米。每逢夏季開花，花色呈淡紫色，頭狀花序排列，有的像傘房，有的像圓錐。它生長在山坡、草地、牧場或林帶邊緣，是野外常見的植物。它的莖、葉可以提煉芳香油，在我國古代許多著名的草藥書中都有記載。飛蓬草的學(xué)名是蓬，并不會飛，之所以得名飛蓬草，是由于在花枯萎之后，它的根便斷開，從而遇風(fēng)便在空中飛旋，其形貌仿佛是哪吒的風(fēng)火輪，傳說，四千多年前，我們聰明的祖先正是受到了飛蓬草的啟發(fā)，發(fā)明輪子的。有史為證，“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”，即見到隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子，從而做成裝有輪子的車。

魚尾和船櫓：  

2008-04-24 12:22:30|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

大約在公元前1世紀，我們聰明的祖先發(fā)明了船櫓。有了這種櫓，老人和孩子們都能輕松地把船搖向前進。細心的小朋友一定會問：櫓是怎么發(fā)明出來的呢？這里有一個美麗動人的傳說……有一天李大爺出去打魚，看見不遠的地方有一只魚正擺著尾巴在水中輕快地前進，突然一個念頭閃過李大爺?shù)哪X海：這船要是也有條“尾巴”，不就可以像魚兒那樣輕松地前進了嗎？那天，李大爺放過了那條魚，轉(zhuǎn)而收網(wǎng)回家，為自己心愛的小船裝上了一條“尾巴”，這就是最早的櫓！第二天，李大爺搖著櫓的繩子，就這么輕松的去打魚了，他用的力氣比別人小，可是他的船比別的船快得多！

荷葉與自潔涂料  

2008-04-24 11:12:45|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

    在顯微鏡下，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)原來荷葉面上有許多非常微小的絨毛和蠟質(zhì)凸起物，雨水落在上面，鋪不開、滲不進，只化作粒粒水珠滾落下來，順道兒帶走了荷葉表面的灰塵，從而使葉面始終一塵不染。靈光一閃，科研人員模仿荷葉的自凈原理，開展防污產(chǎn)品的研究。這項技術(shù)將應(yīng)用于生產(chǎn)建筑涂料、服裝面料、廚具面板等需要耐臟的產(chǎn)品。美國已經(jīng)開始研究如何將這種自凈原理用于汽車制造，使駕車族不必再日日洗車。上海也已研制出具有自潔效應(yīng)的納米涂料，其干燥成膜過程中，涂層表面會形成類似茶葉的凹凸形貌，構(gòu)筑一層疏水層。這樣一來，灰塵顆粒只好在涂層表面“懸空而立”，并最終在風(fēng)雨沖刷中流走了。

水草與不粘鍋  

2008-04-24 11:14:05|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

        魚缸里有些水草會長青苔，有些不會，原來有些水草具有自潔功能，其表面呈現(xiàn)非光滑形態(tài)?！吧锓枪饣A(chǔ)理論”是國家重大基礎(chǔ)研究項目，科研人員通過對大量生物體表所具有的減粘、自潔功能研究，發(fā)現(xiàn)了生物體表防粘功能的重要原因，即：體表均呈非光滑形態(tài)。這種形態(tài)一方面能減少體表與粘性物質(zhì)接觸面積；另一方面破壞了水膜的連續(xù)性，使體表與粘性物質(zhì)表面間存在空氣膜，從而達到不粘的效果。吉林大學(xué)曾承擔(dān)“新型綠色仿生不粘鍋”研究開發(fā)。該成果是通過對自潔植物體表形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其不粘行為長期系統(tǒng)地研究提出來的仿生新思想，構(gòu)建非光滑復(fù)合界面，從而實現(xiàn)仿生鍋不粘的性能。近些年來，市面上銷售的基本是“化學(xué)”不粘鍋，諸如美國聯(lián)邦公司生產(chǎn)的“特富龍”。它的不粘原理是在鍋表面涂上一層化學(xué)物質(zhì)。而“新型綠色仿生不粘鍋”與傳統(tǒng)不粘鍋相比較，具有綠色環(huán)保、耐高溫、耐磨耐用、易清潔等優(yōu)點，對于倡導(dǎo)綠色環(huán)保、健康的生活帶動廚房革命和創(chuàng)建節(jié)約型社會必將起到積極的推動作用。

秸桿與夾芯板  

2008-04-24 11:19:32|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

       秸桿在農(nóng)村又可以喂豬又可以做柴火燒。秸桿的主要成分是粗纖維，粗纖維的外圍基質(zhì)為木質(zhì)素，它起著賦予纖維機械強度以及保護纖維素免遭微生物及酶攻擊的作用。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，科研人員發(fā)明了夾芯板。秸桿類物質(zhì)外壁是質(zhì)地堅韌的木質(zhì)素，它可以有效保護內(nèi)部質(zhì)地柔軟的粗纖維。那么，這種結(jié)構(gòu)有什么用呢？一些建材公司的工程師開始動腦筋了，思來想去，他們根據(jù)秸桿的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的特點，發(fā)明了夾芯板。小朋友，你知道夾芯板是什么東西嗎？夾芯板的面層常采用金屬薄板，芯層則選用硬質(zhì)泡沫材料，金屬面層除承受荷載外，還可保護芯層，使其免受損傷；而芯層除保溫

        隔熱和隔音外，還可將兩個面層連接成整體，共同隨外荷載。由于夾芯板具有良好的結(jié)構(gòu)性能，近年來在建筑圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日趨增長。夾芯板的面層以金屬材料居多，但也可以采用配筋混凝土作為面層，在一些輕鋼結(jié)構(gòu)住宅中，樓板或墻板為了減輕自重，也采用夾芯板，不過這種夾芯板以混凝土為外殼，芯材仍舊是泡沫材料。

麥稈與自行車  

2008-04-24 11:22:07|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

當你每天早晨騎上自行車去上學(xué)的時候，你是否想過自行車的車架，為什么設(shè)計成了空心管子？從德萊斯制成了世界上第一輛自行車以來，人們不斷地對自行車的樣式、材料進行改良，但不管哪種自行車，車架都是用很薄的空心管子做成的。車架是自行車的骨骼，因此要求有足夠的強度。原來，空心管的靈感正來自于大自然的麥稈，你看，一根細長的小麥稈，能夠支持比它重幾倍的麥穗，奧妙就在于它是空心管子，原來，任何一塊材料遇到外力發(fā)生變形的時候，總是一邊受到擠壓力，另一邊受到拉伸力，而材料中心線附近長度基本不變，這就是說，離開中心線越遠，材料受力越大，空心管子的材料的強度幾乎都集中在離中心線很遠的邊壁上，因此，它比一根同樣重的實心棍子的強度要大得多。

王蓮與建筑  

2008-04-24 11:27:09|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

      王蓮原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域，它的直徑可達1.8米-2米。這種葉子的背面有粗大的葉脈構(gòu)成骨架，其間以鐮刀形小葉脈橫隔相連，葉子里的氣室使得葉子穩(wěn)定地浮在水面，具有很強的支撐力。王蓮葉子的結(jié)構(gòu)原理已經(jīng)應(yīng)用于城市建筑。工程師們參照王蓮葉子的結(jié)構(gòu)特點建成的體育館大廳屋頂，既具有足夠的牢固性，又免除了許多梁柱，使觀眾可以很方便地觀看比賽。這不禁令人想起1851年英國世博會“水晶宮”設(shè)計師約瑟芬·帕克斯頓的話語：“惟有自然才是真正的工程師”。當年，這位園藝師正是模仿植物王蓮葉脈的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)意設(shè)計了一座以鋼鐵和玻璃為建材的“水晶宮”，“水晶宮”是一座頂棚跨度很大的展覽大廳。整座建筑既輕巧、雄偉又經(jīng)濟耐用，它不僅成就了那屆世博會，而且構(gòu)建了近現(xiàn)代功能主義建筑的雛形。

竹子與超高建筑  

2008-04-24 11:29:52|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

        竹子的整體結(jié)構(gòu)是一個由基部向上逐漸遞減的圓錐形空心結(jié)構(gòu)，它柔中帶剛。竹竿每隔幾厘米至十幾厘米，便有一個竹節(jié)，由節(jié)的橫隔壁組成一個縱橫關(guān)聯(lián)的整體，這對中空細長的竹竿的剛度和穩(wěn)定性，起著重要作用。帶節(jié)的竹竿與不帶節(jié)的竹竿相比，其抗劈開強度和橫紋拉伸強度分別提高了128.3%和49.1%。如今，在高層建筑領(lǐng)域，這種仿竹狀薄壁帶節(jié)的結(jié)構(gòu)被普遍使用。近年來各國摩天大樓如雨后春筍，大多數(shù)采用圓筒結(jié)構(gòu)形式。最負盛名的當數(shù)華人建筑大師貝聿銘設(shè)計的香港中國銀行大廈，它高315米，共70層，堪稱仿竹建筑杰作。其他的著名建筑如慕尼黑BMW公司25層辦公樓，用四個結(jié)構(gòu)圓筒作為整個建筑物的支撐并兼有豎向交通的功能；美國芝加哥第一聯(lián)邦銀行大樓60層，從外形可以看出高樓上均有竹節(jié)的水平結(jié)構(gòu)層，這種水平的結(jié)節(jié)又往往和設(shè)置層結(jié)合起來，從而實現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一。

鮑魚殼與超級水泥  

2008-04-24 12:34:39|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

         鮑魚在長殼的時候，會不斷地分泌出一種高強度的膠水，這種膠水含有一種特殊的糖蛋白，它能把所有的“磚頭”牢牢地粘合在一起，就像一堵堅固的城墻。如果調(diào)皮的你把鮑魚殼砸開一條裂縫，那么你就會看見一股糖蛋白膠水自動地流入裂縫中去，把外殼修補得完好如初。依照著鮑魚殼中的糖蛋白成分，科學(xué)家發(fā)明出了“超級水泥”，它可以用來黏合墻板、門窗和屋頂，還可以用來粘接陶制的文物呢！最近，還有更激動人心的消息：骨科醫(yī)生們正試圖用“超級水泥”來為骨折的患者接合骨頭！

烏龜與小提琴  

2008-04-24 12:32:36|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

你知道小提琴是怎么發(fā)明的嗎？這得從一個古老而美麗的傳說講起，它跟烏龜有關(guān)。兩千多年前，在古埃及有一個叫美爾古里的音樂家。有一天，他在尼羅河邊悠閑地散步，走著走著，突然踢到了一個什么東西，瞬時發(fā)出了一陣悅耳的聲音。他低頭一看，原來是一只烏龜。這時，美爾古里納悶了：烏龜怎么能發(fā)出像樂器一樣的聲音呢？他帶著好奇的心理，把烏龜拿回家，放在桌上仔細瞧瞧，后來他經(jīng)過專心研究，發(fā)現(xiàn)了烏龜殼受振動而發(fā)音的原理，并仿照烏龜殼的外型制造了世界上第一把小提琴。當然，這時的小提琴還只是雛形。后來，在16世紀-18世紀，意大利的一些制琴師對早期小提琴進行材料和音階上的調(diào)整，最終做成了現(xiàn)代小提琴的模樣。

含羞草與小腸內(nèi)視鏡  

2008-04-24 11:18:35|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

        含羞草在受到刺激后會在最快時間內(nèi)“通知”全體葉片和葉柄，這是怎么回事呢？仔細觀察，就能看到在含羞草的小葉片和葉柄、葉柄和莖相連接的部位有一個膨大的部分，它就是含羞草對刺激反應(yīng)最敏感的部位，叫葉枕。葉柄里充滿了水分，并保持很大的壓力，當你用手指去碰含羞草的時候，葉枕下部細胞里的水分，馬上向上部和兩側(cè)流去，于是葉枕上半部分鼓起來而下半部分就癟下去了，葉柄就低垂下去。葉柄原來是淡綠色，當含羞下垂時，葉柄顏色立即加深，變成深綠色，這就是因為水分分散流開的原因。受到啟發(fā)的，日本奧林巴斯公司的科研人員研制出了一種可以伸到小腸里的內(nèi)視鏡，在內(nèi)視鏡的筒狀部分使用了一種與含羞草葉片表面結(jié)構(gòu)相似的彈性膜材料，它在腸道液體的壓力下，會沿著軸向自動伸長或者彎曲，從而使得內(nèi)視鏡的筒狀部分與腸道保持統(tǒng)一形狀，從而減少檢查中腸道的排異感。小腸內(nèi)視鏡除了是一種檢查工具之外，它也是一種治療性工具，對于小腸正在出血的病患可作為止血工具，對于小腸息肉則可作為息肉切除工具。

鯊魚和泳裝  

2008-04-24 12:23:58|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

當你在電影里面看見鯊魚快速游泳的時候，你是不是以為鯊魚的皮膚是完全光滑的呢？這樣就沒有摩擦力，可以使鯊魚游得更快！其實啊，如果你有機會的話，可以去親手摸摸鯊魚皮，你就會發(fā)現(xiàn)：鯊魚的皮膚上有一些粗糙的齒狀凸起。正是這些凸起能有效地引導(dǎo)水流，讓鯊魚游得更快。運動學(xué)專家們根據(jù)這個原理設(shè)計出了一種特殊的泳衣——連體“鯊魚裝”，它不僅能引導(dǎo)水流，還能收緊身體，避免皮膚和肌肉的顫動，能讓穿著這種泳衣的游泳運動員的競爭力更強。在悉尼奧運會上，澳大利亞游泳名將索普穿著一身“鯊魚裝”獲得金牌，也讓“鯊魚裝”一舉成名。現(xiàn)在，設(shè)計人員對“鯊魚裝”進行不斷的改進，他們在泳衣的腰部和臂部增添了許多硅材料制成的排水槽，據(jù)說，這種新式設(shè)計能讓游泳選手的成績提高3%。

企鵝和無輪汽車  

2008-04-24 12:20:57|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

        當企鵝遇到危險的時候，它們能以30千米/小時的速度在雪地上飛跑。是什么原因讓這些笨重可愛的家伙跑得這么快呢？后來，人們才知道是企鵝特有的姿勢在起作用，它們把肚子貼在地上，把兩只腳當作滑雪杖，盡力地蹬雪，這樣就能很快地向前行進了。在企鵝的啟發(fā)之下，人們設(shè)計出沒有輪子的極地越野汽車，這種汽車的底部貼在雪面上，只靠輪勺推動著前進，大大解決了極地運輸?shù)碾y題。

海豚和魚雷  

2008-04-24 12:27:10|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

海豚有一個流線形的體形，這種體形能幫助它們的皮膚有兩層，外面的一層非常薄而且很有彈性，就像最好的橡膠一樣。而里邊一層呢，有很多脂肪，通過脂肪的調(diào)整，能減小水流給海豚身體造成的震動，更神奇的是，海豚的皮膚還有一種特殊的疏水性質(zhì)，它能改變周圍的水流對身體的不利影響，使海豚受到摩擦更少。于是，科學(xué)家依據(jù)海豚皮的特點，為魚雷設(shè)計了專門的人造海豚皮，實驗發(fā)現(xiàn)，換上這種皮后，魚雷的速度可以提高一倍。

蜂類與仿生　  

2008-04-21 15:21:31|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計算出來的——菱形鈍角109。28’，銳角70。32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。蜜蜂復(fù)眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽準確定位?？茖W(xué)家據(jù)此原理研制成功了偏振光導(dǎo)航儀，早已廣泛用于航海事業(yè)中。

甲蟲與仿生　  

2008-04-21 15:18:46|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

屁步甲炮蟲自衛(wèi)時，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害?？茖W(xué)家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲體內(nèi)有3個小室，分別儲有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中。二戰(zhàn)期間，德國納粹為了戰(zhàn)爭的需要，據(jù)此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動機，安裝在飛航式導(dǎo)彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個隔開的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲存、運輸，安全且不易失效。螢火蟲可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。人們模仿螢火蟲的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。另外，根據(jù)甲蟲的視動反應(yīng)機制研制成功的空對地速度計已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中。

蝴蝶與仿生　  

2008-04-21 15:17:50|  分類： 對動物的模仿 |字號 訂閱

五彩的蝴蝶錦色粲然，如重月紋鳳蝶，褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翅在陽光下時而金黃，時而翠綠，有時還由紫變藍。科學(xué)家通過對蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來了極大的裨益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲學(xué)家施萬維奇根據(jù)當時人們對偽裝缺乏認識的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費盡心機，但列寧格勒的軍事基地仍安然無惹，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。

人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時溫差可高達兩、三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片正反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。

對仿生設(shè)計的啟示  

2008-04-21 15:31:09|  分類： 仿生詞典 |字號 訂閱

 我們注意到本土品牌和本土設(shè)計機構(gòu)創(chuàng)造的優(yōu)秀的仿生設(shè)計產(chǎn)品很少，通過以上的分析仿生設(shè)計經(jīng)典設(shè)計作品，作者認為好的仿生設(shè)計最好是求神似而不求形似。

（1）首先要把自然形態(tài)抽象化并在作品中融入生活的感受，這樣設(shè)計出的作品才能夠顯示出種含蓄性，更容易觸發(fā)我們的想象，更具有藝術(shù)的感染力。其次恰當選擇仿生的對應(yīng)物，把握事物形態(tài)最根本的特征，尤其是這些特征中最能和產(chǎn)品形態(tài)、產(chǎn)品意義、產(chǎn)品功能及使用環(huán)境等因素發(fā)生關(guān)聯(lián)的特征進行提取和運用。

（2）結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計靈感來源并不僅僅是大自然萬物外在結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，而是要從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如骨骼結(jié)構(gòu)、肌理結(jié)構(gòu)、基因結(jié)構(gòu)、生理結(jié)構(gòu)等去尋找靈感。

（3）仿生應(yīng)該最好是綜合形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)或材料的多個方面來進行仿生設(shè)計?！　‘斀竦男畔r代，人們對產(chǎn)品設(shè)計的要求不同于過去，不只是注意功能的完善，還要追求清新、淳樸，返樸歸真的個性設(shè)計。從大自然的 生存哲學(xué)即和諧與藝術(shù)的角度進行更深意義和層次上的仿生設(shè)計，才是這個時代的設(shè)計師們所追求的目標。

綜合仿生設(shè)計  

2008-04-21 15:29:42|  分類： 仿生詞典 |字號 訂閱

 在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中，單純地從形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)或材料的某一個方面來仿生是不科學(xué)的，作者認為應(yīng)該是綜合形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)和材料的多個方面來進行仿生設(shè)計，而且還應(yīng)該從大自然的生存哲學(xué)即和諧與共生的角度進行仿生設(shè)計。

仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)，它對于汽車產(chǎn)品的提升和發(fā)展同樣潛力巨大。寶馬汽車專家基于這一認識，便在汽車設(shè)計和材料選擇中開始了“與大自然合作”的進程。

首先，在自然界，他們發(fā)現(xiàn)很多高度復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)，重量保持最輕，卻有出色的韌性和強度，如鳥類的羽毛骨質(zhì)，螃蟹（圖15）、蜘蛛等的殼。這些正是寶馬H2R汽車靈感來源之一。

其次，車身結(jié)構(gòu)，就像哺乳動物的骨髓，支撐著體內(nèi)的其他部分。對于寶馬3系，車身重量約占整車的20%，而人的骨髓占人體重的18%，而馬的骨髓與其總體重之比達到完美的7—10%（圖16），平衡的秘密就在于馬為鑒研制了輕質(zhì)技術(shù)。

再次，寶馬的H2R氫燃料汽車最高時速達 300.175公里。無庸置疑，發(fā)揮到極至的空氣動力學(xué)是實現(xiàn)這一高速的關(guān)鍵因素。寶馬H2R外型和設(shè)計的靈感來自海豚和企鵡的低阻身材（圖17）。圓鼓的前臉、收起的尾部，極小的正鋒面，成就了其0.21的阻力系數(shù)。而球的阻力系數(shù)則是0.50（圖18）。

總之寶馬集團的設(shè)計師是在吸收大自然的靈感，通過應(yīng)用仿生學(xué)，擴展并推動汽車產(chǎn)品、工藝的傳統(tǒng)設(shè)計理念，使寶馬H2R汽車更輕、更安全、更省油，同時更舒適、動感。如圖19—1、19—2所示：車身側(cè)面的通風(fēng)口，模仿了的鯉裂。這種模仿不僅限于形態(tài)的模仿，它有其功能上的意義。汽車在高速行駛時，阻力來源于空氣對車身正面的阻力以及側(cè)面的摩擦，而且車身底部的升力也使汽車行駛的平穩(wěn)性大大降低，側(cè)翼的導(dǎo)流口可減少汽車高速行進時側(cè)面的空氣的阻力，增強行駛中的穩(wěn)定性。

如圖20所示：首先，該款汽車車頭形狀模擬魚類頭骨的生理結(jié)構(gòu)設(shè)計而成（魚頭骨的生理結(jié)構(gòu)幫助魚類克服了水中游動時遇到的大部分水流阻力），這種設(shè)計結(jié)構(gòu)大大消弱了汽車在行駛過程中遇到的空句阻力。風(fēng)洞實驗結(jié)果表明，汽車車頭的風(fēng)阻系數(shù)CX值僅為0.09。汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計和選取的漆料顏色也分別模仿了魚類身體形狀和魚鱗的色澤。此外，車身全長為4.24米。因此，奔馳公司將該款新車命名為梅塞德斯仿生車（Mercedes bionic）。

這類仿生設(shè)計找到了對應(yīng)物的生物原理，通過對生物的感知，進一步形成了感性認識，最終從功能出發(fā)，對照生物原型進行了相應(yīng)的設(shè)計。

結(jié)構(gòu)和材料的仿生  

2008-04-21 15:13:53|  分類： 仿生詞典 |字號 訂閱

 

隨著仿生學(xué)的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結(jié)構(gòu)和肌理中也得到不少啟發(fā)。人們在“仿生制造”中不僅是師法大自然，而且是學(xué)習(xí)與借鑒他們自身內(nèi)秉的組織方式與運行模式。有的結(jié)構(gòu)精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則；有些甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成的，合乎“以最少材料”構(gòu)成“最大合理空間”的要求。這些為人類提供了“優(yōu)良設(shè)計”的典范。 

例如蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由 3 個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計算出來的菱形鈍角 109 ° 28 ’和銳角 70 ° 32 ’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。 

最新科學(xué)研究指出，生物體都是由少數(shù)很簡單的物質(zhì)構(gòu)成的，諸如糖、蛋白質(zhì)和水之類。生物體的不同部分，從柔韌的皮膚到堅硬的骨骼，性能如此多樣，關(guān)鍵在于從原子排列成分子，及從分子組合成纖維,晶體等半成品，在結(jié)構(gòu)上的千差萬別，就是由于結(jié)構(gòu)的奇巧精致，形成了各種優(yōu)越奇特的性能。 

解生物體構(gòu)造的這些奧秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人員模仿鮑魚殼的微觀結(jié)構(gòu)，將鋁分子充滿在碳化硼分子之間，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既堅硬又柔軟以外，還可以感測并適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，如果飛機機翼材料具有這種性能，那么遭到損害時能夠感知并自行修復(fù)。具有和生物機體相同彈性的材料，伸縮自如，能成功地用來制作人工動脈。 

因此，工業(yè)設(shè)計師也要積極的關(guān)注仿生發(fā)明中精巧的結(jié)構(gòu)和奇特的材料，并且巧妙地應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)和材料，結(jié)合市場的需求創(chuàng)造出人們需求的產(chǎn)品，同時也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構(gòu)想，為科學(xué)家的探索提供更多的思路，從而創(chuàng)造更有價值的仿生成果，為人類創(chuàng)造更加精美更加豐富的產(chǎn)品。 

總之，破解生物體結(jié)構(gòu)之謎，研制仿生材料的路還很漫長，目前人類只不過剛剛起步前行，但是仿生材料的應(yīng)用前途無量，卻是絕無疑義的。