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植物仿生学实例

植物仿生学实例
植物仿生学实例

植物仿生学

一、植物仿生学

大自然带给了人类无穷无尽的想象力,启示我们发明创造。人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。源于“叶”的

灵感

①叶缘启示:

相传春秋战国时期(公元前507年——公元前444年),中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班,在上山砍伐途中,攀爬时

手被锯齿草的边缘的齿划伤了,他仔细观察发现,原来叶子边缘有两排锋利的锯齿,于是受此启发,并经反复实践,制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。

② 叶脉的启示:

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,

原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米,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的浮在水面,受叶脉支撑作用的启示,英国著名建筑

师约瑟,以钢铁和玻璃为建材,设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”,

它既轻巧、雄伟又经济适用,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。

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③叶子排列的启示

车前草,叶子在茎上排列成的螺旋状,夹角为137030’30”。一层顺着一层,错落有致。只有这样叶子才能得到最多的阳光。建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性,建造了螺旋状的高楼,这样既通风,又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术,他将帮助人们征服地下、天空和海洋,建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。

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④ 叶序的启示

德国波恩大学的科研人员发现,莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。这种粗

糙的叶片是干净的,而表面光滑的叶片反而需要清洗。模仿莲叶的自净原理,人们开发

出具有防污功能的自净涂层产品,其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”,并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。

此外,叶面形状也启迪了人们的思维。椰子树很高,叶片巨大,但每遇飓风和暴雨也很

少被折断。研究发现,椰子叶面呈“之”字形,可以承受更大的压力。

据此,建筑师设计出了结构薄、面积大

的楼房顶棚、薄状石棉板等。

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⑤ 叶形的启示

a. 荷叶的启示

很久很久以前,世界上没有伞。那时候,人们出门很不方

便。夏天,太阳晒得皮肤火辣辣地痛。下雨天,把衣服淋得湿

漉漉的。鲁班想帮人们解决这个困难,心里很着急。鲁班动了

好多脑筋。后来,他跟几个木匠一起在路边造了一个亭子,亭

子的顶是尖尖的,四面用几根柱子撑住。接着,他们隔一段路

造一个亭子,造了许多亭子。这样,走路的人就方便多了。下

雨了或是太阳晒得难受了,就进去躲一躲,歇一歇。鲁班给大

家办了件好事,大家都很感激他。可是鲁班自己挺不满意。他

想,要是雨下个不停,

那该怎么办呢?人总不能老蹲在亭子里

植物仿生学

不走哇。还得再想办法!为了这个事儿,他吃饭不香,睡觉不安。鲁班想了许多天,还是没有想出来。

一天,天气热极了,他一边做工,一边抹汗。忽然看见许多小孩子在荷花塘边玩,一个孩子摘了一张荷叶,倒过来顶在脑袋上。鲁班觉得挺好玩,就问他们:“你们头上顶着张荷叶干什么呀?”小孩子七嘴八舌地说:“鲁班师傅,您瞧,太阳像个大火轮,我们头上顶着荷叶,就不怕晒了。”鲁班抓过一张荷叶来,仔细瞧了又瞧,荷叶圆圆的,一面有一丝叶脉,朝头上一罩,又轻巧,以凉快。鲁班心里一下亮堂起来。他赶紧跑回家去,找了一根竹子,劈成许多细细的条条,照着荷叶的样子,扎了个架子;又找了一块羊皮,把它剪得圆圆的,蒙在竹架子上。“好啦,好啦!”他高兴得叫起来,“这东西既能挡雨遮太阳,又轻巧。”鲁班的妻子听见他大呼小叫的,赶紧从屋里跑出来问他:“出了什么事

了?” 鲁班把刚做成的东西递给妻子,说:“你试试这玩意儿,以后大家出门去带着它,就不怕雨淋太阳晒了。” 鲁班的妻子瞧了瞧,又想了想,说:“不错,不过,雨停了,太阳下山了,还拿着这么个东西走路,可不方便了。要是能把它收拢起来,那才好呢。” “对,对!”鲁班听了很高兴,就跟妻子一起动手,把这东西改成可以活动的,用着它,就把它撑开,用不着,就把它收拢。就是咱们今天的伞。

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b. 捕蝇草启示

捕蝇草是原产于北美洲的一种多年生草本植物,是一种非常有趣的食虫植物,它的茎很短,在叶的顶端长有一个酷似“贝壳”的捕虫夹。捕虫夹内长了几对细毛,是它的感受器,且能分泌蜜汁,当有小虫闯入时,能以极快的速度将其夹住,并消化吸收。根据捕虫草的捕虫原理,莫森制造类一个机器捕蝇草,他的捕蝇夹内有两对细毛状的传感器,一旦虫子碰到一根细毛,传感器就产生电流并出发动力开关,机器捕虫草就合起捕虫夹,然后捕虫夹分泌酸液消化虫子。消化之后,

能力转化成电能储藏起来,为下一次捕虫提供能量,从这

个过程我们不难看出,机器捕虫草和

一般的自动化机器的最大差别就是,

他可以做到能量自给自足,不需要人

们给他提供额外的电能,虫子越多,

它的动力越强,越能捉到更多的虫子。

c. 猪笼草的启示

猪笼草属于热带食虫植物,原产地主要为旧大陆热带地区。其拥有一个独特的吸取营养的器官——捕虫笼,捕虫笼呈圆筒形,下半部稍膨大,笼口上具有盖子,因其形状像猪笼而得名。猪笼草叶的构造复杂,分叶柄,叶

身和卷须。卷须尾部扩大并反卷形成瓶状,可捕食昆虫。瓶状体的瓶盖复面能分秘香味,引诱昆虫。瓶口

光滑,昆虫会被滑落瓶内,被瓶底分泌的液体淹死,并分解虫体营养物质,逐渐消化吸收。美国哈弗大学的研究小组收到猪笼草的食肉性植物的叶子的启发,开发了一种超滑材料,这种材料几乎排斥一切液体,当材料表面受到损坏时,

很快就会进行自我修复,并不影响它润滑的能力,人类的自净窗花

和“完全不粘锅”将梦想成真。并且人们还根据其捕虫笼的形态设计

了脚踏垃圾桶及灯具都非常实用且美观。

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d. 飞蓬草的启示

《淮南子》中说我们的祖先“见飞蓬转而知为车”。“飞蓬”是一种草,其茎高尺许,叶片大,根系入土浅。一有大风,很容易被连根拔起,随风旋转。古人可能就是受到这个现象的

启发,发明了车轮和车轴。

e. 玉米的启示

玉米是一种常见的农作物,众所周知,玉米的叶子常常卷曲成一个长圆筒。科学家发现,这种长圆筒形的叶子比普通的叶子结实牢固,不容

易被破坏。科学家据此设计出一种筒形叶桥。这种桥的形状像

一个卷曲的长玉米叶,跨度很大,连接宽阔的河流两岸,中间

部分桥面的两侧向上卷成筒状,这种长圆筒形状的大桥坚固耐

用,美观大方,目前已经在全世界广泛应用。

(一)源于“茎”的灵感

①节与节间的启示

禾本科植物竹子,其竹节处有横隔相连,与竹身构成一个整体,这对中空细长的竹竿的刚度和稳定性,可以协调变形,共同参与抗弯作用,这对于中空细长的竹竿的刚度和稳定性很有意义。受到植物茎节生长的启发,人们发明了“春笋建筑法”,把每一层墙板从高度上分成三四段预制好,然后用液压顶以1m的行程,反复顶升,可以很快“长”成设计的建筑。又如,自行车车架“空心管”的设计灵感正来自于麦秆,借鉴其“空心”结构,却支持比它重几倍的麦穗力学原理,制成的自行车既有足够的强度,又减轻了车身的重量。

②茎形态的启示

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。

③年轮的启示

木本植物的年轮状结构,

是生理系统在温和的条件下无粘结的缓慢而渐进形成。科学家们正在研究开发仿年轮结构的壳聚糖棒材。

这种材质具有同心筒状层叠结构,

具有较高的力学强度,

有望作为骨折处的固定材料。

(二)源于“花”的灵感

①花序的启示

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。

②花形的启示

凌霄花,形状似钟,又似喇叭,开口广大,尾部狭长,这个结构可以更充分地吸收大自然的能量。科学家模拟凌霄花的形状制成了微波收集器,阔口窄尾的微波收集器,灵敏度异常高,可以尽可能搜索到目标微波,并把微波承载的能量、信息收集起来,根据实际需要,或存储下来当作绿色能源,或将其转换成数字信号,收看视频节目提供科学研究的样本等。

植物与生活

③花色的启示

17世纪英国著名的化学家罗伯特·波义耳发明的“波义耳”

试纸开启了化学中指示剂历史的先河。一次偶然的机会,波义耳将盐酸

溅到紫罗兰花上,花色就由紫色变成了红色。他便饶有兴趣地取来各种酸做试验,结果发现,各种酸类都能使紫罗兰变成红色。于是,在紫罗兰开花的季节里收集了大量的紫罗兰花瓣,将花瓣泡出浸液来。需要使用的时候,就往被试的溶液里滴进一滴紫罗兰浸液。就这样他发明的“指示剂”诞生了。后来为了更方便使用,他用石蕊浸液把纸浸透,再把纸烘干。要用时只需将一小块纸片放进被检验的溶液里,根据纸的颜色变化就能知道这种溶液

是呈酸性还是碱性,从而成为

pH试纸的

雏形。

④花形的启示

随环境温度变化而花开花落的太阳能雕塑

是一款仿生的太阳能雕塑,设计灵感源于爱荷华州当地的延龄草的花朵。该雕塑采用铸铝做成,在一篇巨大的叶子上面布有太阳能电池板,用

来收集太阳能,并将其转化为电能,进行存储。雕塑顶部则是

可以根据周围环境而花开花落的一朵花:冬天天冷,花朵基本

上处在休眠状态,不会开放。而随着冬天过去,天气变暖,花

朵在白天开始开放,到了盛夏温度达到最高,花儿开放的时间

也达到最长。

(三)源于“果实”的灵感

①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。

仿生学的例子

仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 2。从萤火虫到人工冷光; 3。电鱼与伏特电池; 4。水母的顺风耳,仿照水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。 5。人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11。船桨模仿的是鱼的鳍。 12。锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 好运 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线,抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理,研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领,为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛,发明了电子蛙眼。

植物的根和建筑仿生

110 植物的根和建筑仿生 Approaching Architecture Bionics Based on Study of Placts , Roots 撰文 岳喜军 雷胜友 刘鹏 长安大学公路学院 惠会清 长安大学理学院 摘 要关键词本文在简要介绍建筑仿生学和常见四种建筑仿生学应用分类的基础上,着重阐述了其中一种建筑形式仿生学在基础工程中的应用,根据植物根的不同形态,分别阐述了几种变态根和侧根可应用于基础工程上的有益启示,相信不久的将来建筑基础对植物根的仿生将给工程界带来更多的成果。 建筑仿生 基础工程 植物的根 纵观人类文明史,不难看到人们模仿自然的痕迹,从利用萤火虫原理制作人工冷光,到根据响尾蛇的颊窝对温度变化敏感的原理发明了响尾蛇导弹。仿生学在深刻地影响着人们的日常生活。可以毫不夸张地说仿生学是伴随人类文明共同进步的。近年来仿生学在科技方面的贡献越来越引起人们的重视,也成为一种新的科研趋势。 在建筑领域,建筑仿生是吸收动植物的生存机理以及自然生态规律,结合建筑的自身特点而适应新环境的一种创作方法。建筑仿生学的表现与应用方法,归纳起来大致有4个方面: 组织结构仿生、城市环境仿生、使用功能仿生、建筑形式仿生。其中建筑形式的仿生最为常见,即通过研究生物千姿百态的表象,探求可以应用于现实建筑上的元素。建筑形式仿生不仅模仿生物的形式和外观,而且还应该是超越模仿,创造比原有生物更优越的新特性。建筑形式仿生往往产生新颖的造型,而且能发挥新结构体系的作用,创造出非凡的效果。著名的悉尼歌剧院、北京的 鸟巢等就是成功的案例。 建筑基础是对植物根系的形式仿生。基础根据埋置深度可以分为深基础和浅基础,而植物的根系最基本的两种形式:直根系和须根系,直根系一般埋置深度相对较大,须根系则较浅。与直根的基础形式相似的是单桩基础;而须根则和群桩基础相似。 在实际工程中基础会影响建筑的安全、施工进度、工程造价等,尤其在复杂地质条件下或深水中。这就要求对基础工程必然要精心设计,创新设计,其捷径是在多样化的根系中寻求解决之道。如果根据形态将二者一一对应的关系建立起来,则在基础设计时可以参考植物根系得到合理经济的设计方案。 1 肥大直根和沉井基础 肉质直根是由主根发育而成,因而一棵植株上,仅有一个肉质直根,在肥大的肉质直根上有细小须状的侧根。根据肉质直根的外形,最常见的有圆柱状肉质直根、圆锥 图1 萝卜的肥大直根 图2 沉井基础(王晓谋《基础工程》) 图3 红薯的块根

四年级仿生学的资料

四年级仿生学的资料 鲨鱼皮泳衣仿鲨鱼 雷达仿蝙蝠 迷彩服仿变色龙 全息照相机仿青蛙眼睛 青蛙肌肉仿抗干扰系统 视觉仿电影摄影机 响尾蛇仿红外技术 雷电现象仿电池 蛙眼仿目标跟踪系统 昆虫复眼仿超长波 昆虫的触角仿天线 蜜蜂的超顺磁铁仿导航超长波变色龙发明了军事伪装人们发现,一些关于植物和动物的相类似的功能,实际上是超越了人类自身在此方面的技术设计方案的。植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁,并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理,人类不仅找到了技术上的解决方案,而且同时该方案也完全适应了自然的需要。 仿生学的目的就是分析生物过程和结构以及它们的分析用于未来的设计。仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。人类所从事的技术就是使得达到最优化和互相间的协调。而模拟生物适应环境的功能无疑是一个好机会。 在我们人类的技术世界中模拟自然中的东西并不是一个新鲜的思想,自从传说中的Ikarus 带着用鸟的羽毛做成的翅膀飞向空中,而最后因为太阳的热度掉到地上起,人类一直就沉迷于此。 那么仿生学的确切定义是什么呢? 仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。属于生物科学与技术科学之间的边缘学科。它涉及生物学、生物物理学、生物化学、物理学、控制论、工程学等学科领域。仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。 1. 滑翔机是根据一种滑翔蝙蝠制造的 2. 人们仿蜂巢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 3. 紧急情况,蜘蛛大腿内就会充满液体而使腿由软变硬,爆发出力量一跃而起,仿生学家们模仿这种奇妙的液压腿,研制出一种步行机 4. 根据蜻蜓设计了直升飞机 5. 根据青蛙的眼睛设计了电子眼 6. 根据海星的触角设计了吸盘 7. 根据海豚设计了声纳 1 / 1

仿生学资料全

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- #1 仿生学资料 仿生设计学,亦可称之为设计仿生学(Design Bionics),它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科,主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。 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。在某种意义上,仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展,是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。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。

自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在,它们在漫长的进化过程中,为了求得生存与发展,逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中,与周围的生物作“邻居”,这些生物各种各样的奇异本领,吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力,开始了对生物的模仿,并通过创造性的劳动,制造出简单的工具,增强了自己与自然界斗争的本领和能力。 人类最初使用的工具——木棒和石斧,无疑是使用的天然木棒和天然石块;骨针的使用,无疑是鱼刺的模仿……所有这些工具的创造、生活方式的选择都不能说是人类凭空想象出来的,只能说是对自然中存在的物质及某种构成方式的直接模拟,是人类初级创造阶段,也可以说是仿生设计的起源和雏形,它们虽然是比较粗糙的、表面的,但却是我们今天得以发展的基础。 在我国,早就有着模仿生物的事例。相传在公元前三千多年,我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢,以防御猛兽的伤害;四千多年前,我们的祖先“见飞蓬转而知为车”,即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子,做有装成轮子的车。古代庙宇殿之前的山门的建造,就

《走近动植物》设计方案1

《走近动植物》综合实践活动设计方案 三河市第四小学田雪静 【活动背景分析】: 自然界有着种类繁多的动植物,它们为了求得生存与发展,逐渐具备了各种各样的奇异本领。这些本领,吸引着人们去想象和模仿。小学生更是对动植物充满好奇,他们想知道植物也会流血吗?含羞草为什么爱害羞?鲸为什么要喷水?壁虎为什么能“飞檐走壁”?……面对这些,孩子们充满了强烈的喜爱与好奇。针对这一情况,我们确定了《走近动植物》这一研究主题,让学生走进动植物王国,了解动植物的独特本领,感受动植物给我们生活带来的发展变化。 【活动目标】: 知识与能力: 1.通过观察、比较、分析、归纳,使学生了解动植物的外形、结构、仿生本领以及一些自我保护方法,体验动植物的奇妙。 2.通过了解动植物生存的本领,深刻体会发明、创造,给人类带来科技的进步,改善了人类的日常生活条件。 过程与方法: 1.通过对动植物资料的搜集整理,培养学生对信息的收集、分析、整理能力。 2.通过观察思考、查阅资料、小组探究等活动,培养学生探究学习的方法与能力。 情感态度与价值观: 1.通过开展对动植物的研究活动,激发学生的探究兴趣,培养学生的团队合作意识和实践创新能力。 2.通过小组探究活动,培养学生了解动植物、关爱动植物、保护动植物的意识。 【活动对象】:五年级(1)班全体学生 【指导教师】:田雪静 【活动形式】: (1)组织形式①个人、小组、班级活动相结合 (2)实践形式①调查访问②研究、设计③小组合作交流④规划、表达、反思 【活动安排】: 本次活动计划分为四个阶段:第一阶段:确定课题,分组制定活动计划(1周);第二阶段:自主探究、实践体验。深入实际调查、访问(2周);第三阶段:信息整理、成果总结阶段(1周);第四阶段:成果展示、交流评价(1周) 【研究过程】 一、活动准备阶段:确定主题、设计方案 活动内容:根据研究主题、分解子课题、设计方案 活动目标:通过创设问题情境,激发学生的内在动机,使学生产生发现问题、提出问题,

植物仿生学实例

植物仿生学 一、植物仿生学 大自然带给了人类无穷无尽的想象力,启示我们发明创造。人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。源于“叶”的 灵感 ①叶缘启示: 相传春秋战国时期(公元前507年——公元前444年),中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班,在上山砍伐途中,攀爬时 手被锯齿草的边缘的齿划伤了,他仔细观察发现,原来叶子边缘有两排锋利的锯齿,于是受此启发,并经反复实践,制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。

② 叶脉的启示: 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, 原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米,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的浮在水面,受叶脉支撑作用的启示,英国著名建筑 师约瑟,以钢铁和玻璃为建材,设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”, 它既轻巧、雄伟又经济适用,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。 植物仿生学

③叶子排列的启示 车前草,叶子在茎上排列成的螺旋状,夹角为137030’30”。一层顺着一层,错落有致。只有这样叶子才能得到最多的阳光。建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性,建造了螺旋状的高楼,这样既通风,又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术,他将帮助人们征服地下、天空和海洋,建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。 植物仿生学

④ 叶序的启示 德国波恩大学的科研人员发现,莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。这种粗 糙的叶片是干净的,而表面光滑的叶片反而需要清洗。模仿莲叶的自净原理,人们开发 出具有防污功能的自净涂层产品,其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”,并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。 此外,叶面形状也启迪了人们的思维。椰子树很高,叶片巨大,但每遇飓风和暴雨也很 少被折断。研究发现,椰子叶面呈“之”字形,可以承受更大的压力。 据此,建筑师设计出了结构薄、面积大 的楼房顶棚、薄状石棉板等。 植物仿生学

蜻蜓翅膀结构在仿生学的应用

蜻蜓翅膀结构在仿生学的应用 班级:自动093 姓名:徐一茹学号:0904010130 一、前言 简单地说,仿生学就是模仿生物的科学。中国古代老子的核心思想之一:道法自然,意指按自然的启示和规律行事。1960年9月在美国召开了第一届仿生学讨论会,大会提出“生物原型是新技术的关键”的论题,确定了仿生学的定义和概念——仿生学就是模仿生物系统的原理来建造的技术系统,或使人造技术系统具有类似于生物系统特征的科学。仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。大浪淘沙,在生物界“优胜劣汰”自然法则之下,经过亿万年的自然优化,留存下来的各种生物形态,往往是力与形式的 完美结合. 蜻蜓是无脊椎动物,昆虫纲,蜻蜓目,差翅亚目昆虫的通称。一般体型较大,翅长而窄,膜质,网状翅脉极为清晰。视觉极为灵敏,腹部细长、扁形或呈圆筒形,末端有肛附器。足细而弱,上有钩刺,可在空中飞行时捕捉害虫。蜻蜓形态优美被誉为“飞行的宝石”。身上有多处结构能给仿生学提供研究对象。本文主要从两个方面介绍蜻蜓的翅膀结构在仿生学的应用。 二、蜻蜓翅膀结构: 蜻蜓的翅膀主要翅脉和翅膜组成,还包括翅痣和关节。蜻蜓的翅膀仅占其体重的2%左右,翅膀的前缘和后缘呈流线型,增加了它的灵活性。

(1)翅脉 翅脉是翅膀的主要支撑结构。翅脉按纵向结构分布,有刚度较大的前缘脉,亚缘脉以及径脉,中脉,后肘脉和臀脉,再辅以横脉,它的前缘脉,亚缘脉和少部分横脉刚度较大,但有一定的柔韧性,而其余的纵脉和横脉刚度较低。有非常好的柔韧性。翅脉是管状结构,既减少了重量有增加了刚度。 (2)翅膜 翅膜是翅膀的主要的空气动力结构,它非常薄,一般只有2.3微米,但可以分为背部层(dorsal layer)、中间层(middle layer)和腹部层(ventral layer)。蜻蜓前翅表面覆盖了蜡质层,包含三种交错的纤维,这些纤维有两个功能:一是支撑翅膜,二是承担来自临翅脉的弯矩和扭矩,这层蜡质不能被水浸润,正是蜡质的存在,才使蜻蜓翅膀具有自清洁和防雨的功能。 (3)翅痣 翅痣是翅膀前端一块加厚的 角质区域(如右图所示),翅痣是空 腔,里面有液体。这块芝麻大小的结 构极具意义,他消除了飞行过程中翅 膀的震颤。Norberg对蜻蜓翅膀研究 时发现,一块翅痣的质量虽然只有蜻 蜓总体质量的0.1%,却可以提高临 界飞行速度的10%~20%。 (4)关节 关节也叫翅节(如左图所示),在 蜻蜓翅膀前缘的中间位置。有一个特殊的 节点,将翅膀的前后两部分铰接在一起, 其两边的结构可以相互转动但不能分离, 提高了蜻蜓膜翅的变形能力。这种关节的 结合方式在一定程度上起到了缓冲载荷、 保护翅面的作用。同时关节处还相当于一 个减震器,缓解高速拍翼时产生的震动。 三、蜻蜓翅膀结构在仿生学当中的应用 这个部分主要分两个方面介绍蜻蜓翅膀在仿生学上的应用,一是在飞行器上的应用,二是在建筑方面的应用。 (一)蜻蜓翅膀结构在飞行器方面的应用 蜻蜓的飞行能力是经过3亿多年的进化锤炼而成的,它们能作各种高难度、高机动性飞行动作,它们的翅膀产生的升力可比同样面积的飞机翅膀高10倍以上,因此,在飞行方面蜻蜒有许多值得人类借鉴的地方。现有的飞行器基本上都是采用固定翼或旋翼飞行方式,而自然界的飞行生物无一例外地采用扑翼飞行方式。与固定翼和旋翼飞行相比,扑翼飞行具有独特的优点,如原地或小场地起飞,极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行能耗低,它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系统,可以用很小的能量进行长距离飞行,适合在长时间无能源补充

仿生学

仿生学 篇一:仿生学例子 仿生学例子 一 1.壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 2.贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 3.从萤火虫到人工冷光; 4.苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 5.电鱼与伏特电池; 6.水母的顺风耳,仿照水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。 7.由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 8.屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲 9.人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形

状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。 10.根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 11.模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。 12.嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 13.根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。 14.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 15.船桨模仿的是鱼的鳍。 16.锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。 二 1。苍蝇-----小型气体分析仪。 2。萤火虫-----人工冷光; 3。电鱼------伏特电池; 4。水母------水母耳风暴预测仪, 5。蛙眼------电子蛙眼 6。蝙蝠超声定位器的原理------探路仪”。

植物,动物仿生学

植物,动物的仿生学例子 1、苍蝇与小型气体分析仪 令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 2、从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代,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、A TP(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。

仿生学的经典例子15个

仿生学的经典例子15个 篇一:仿生学的例子 仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 2。从萤火虫到人工冷光; 3。电鱼与伏特电池; 4。水母的顺风耳,仿照水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。 5。人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、

桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。11。船桨模仿的是鱼的鳍。12。锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 好运 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线,抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理,研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领,为部队研制出了不少军事伪装

植物,动物的仿生学例子

植物,动物的仿生学例子 苍蝇与宇宙飞船 令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代,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、A TP(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。 现在,人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为安全照明用。电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种。人们将这些能放电的鱼,统称为“电鱼”。 各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏;非洲电鲶能产生350伏的电压;电鳗能产生500伏的电压,有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上电

仿生学

目录 一、苍蝇的仿生学——————————2 二、鸡蛋的仿生学——————————3 三、响尾蛇的仿生学—————————3 四、车前草的仿生学—————————4 五、蜻蜓的仿生学——————————4 六、总结——————————————6

蝇,是细菌的传播者,谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅 (又叫平衡棒)是“天然导航仪”, 人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。 这种仪器目前已经应用在火箭和 高速飞机上,实现了自动驾驶。 苍蝇的眼睛是一种“复眼”, 由3000多只小眼组成,人们模仿 它制成了“蝇眼透镜”。 “蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电 子计算机的微小电路,大大提 高了工效和质量。“蝇眼透镜” 是一种新型光学元件,它的用 途很多。

一个人握住一个鸡蛋使劲地 捏,无论怎样用力也不能把鸡蛋 捏碎。薄薄的鸡蛋壳之所以能承 受这么大的压力,是因为它能够 把受到的压力均匀地分散到蛋壳 的各个部分。建筑师根据这种“薄 壳结构”特点,设计出了许多既轻 便又省料的建筑物。人民大会堂、 北京火车站以及其他很多著名建筑,屋顶都采用了这种“薄壳结构”。 三、响尾蛇的仿生学 响尾蛇与现代军事装备响尾蛇的视力几乎为零,但其 鼻子上的颊窝器官 具有热定位功能,即 使爬虫、小兽等在夜 间入睡后,凭借它们 身体所发出的热能, 响尾蛇都能感知并 敏捷地前往捕食。科学家根据响尾蛇这一奇特功能,研制出现代夜视仪、空对空响尾蛇导弹。

四、车前草的仿生学 车前草是一种很普通的小草,它的叶 子是按螺旋形来排列的,这种排列方式, 使每片叶子都能得到充足的阳光,有利于 植物的生长。建筑师们依照车前草叶子的 形状,设计建造了螺旋状排列的楼房,使 每个房间都能享受到明亮、温暖的阳光, 避免了普通楼房在这方面的不足。 五、蜻蜓的仿生学 蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流,并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔,不但可向前飞行,还能向后和左右两侧飞行,其向前飞行速度可达72公里/小时。此外,蜻蜓的飞行行为简单,仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时,常会引起剧烈振动,甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙,于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加 上了平衡重锤,解决了因高 速飞行而引起振动这个令 人棘手的问题。为了研究 滑翔飞行和碰撞的空气动 力学以及其飞行的效率,一 个四叶驱动,用远程水平仪 控制的机动机翼(翅膀)模

仿生学:大自然给人类的启示

仿生学:大自然给人类的启示 建筑上的薄壳结构 一个人握住一个鸡蛋使劲地捏,无论怎样用力也不能把鸡蛋捏碎。薄薄的鸡蛋壳之所以能承受这么大的压力,是因为它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种薄壳结构特点,设计出了许多既轻便又省料的建筑物。人民大会堂、北京火车站以及其他很多著名建筑,屋顶都采用了这种薄壳结构。 响尾蛇与现代军事装备 响尾蛇的视力几乎为零,但其鼻子上的颊窝器官具有热定位功能,即使爬虫、小兽等在夜间入睡后,凭借它们身体所发出的热能,响尾蛇都能感知并敏捷地前往捕食。科学家根据响尾蛇这一奇特功能,研制出现代夜视仪、空对空响尾蛇导弹,以及仿生红外线探测器。 长颈鹿与抗荷飞行服 超音速歼击机突然加速爬升的时候,由于惯性的作用,飞行员身体中的大量血液会从心脏流向双脚,使脑子产生缺血现象。如何解决这个问题?科学家从长颈鹿的身体构造得到启发。长颈鹿的脖子很长,脑子与心脏的距离大约是3米,要使血液能输送到头上,血压相对要高,大约是人体的两倍。但当长颈鹿低头喝水时,血液却没有一股脑地涌向头部。原来是裹在长颈鹿身体表面的一层厚皮起了作用。长颈鹿低头时,厚皮紧紧地箍住了血管,限制了血压,使其不能因血压突然升高而发生意外。依照长颈鹿皮原理设计的抗荷飞行服,飞行员穿 ————来源网络搜集整理,仅供个人学习查参考

上后在一定程度上起到了限制血压的作用,当飞行加速时,抗荷飞行服还能压缩空气,也能对血管产生一定的压力,就此而言比长颈鹿的厚皮更高明了一步。 向植物取经 车前草是一种很普通的小草,它的叶子是按螺旋形来排列的,这种排列方式,使每片叶子都能得到充足的阳光,有利于植物的生长。建筑师们依照车前草叶子的形状,设计建造了螺旋状排列的楼房,使每个房间都能享受到明亮、温暖的阳光,避免了普通楼房在这方面的不足。 高山上的云杉长年累月都经受着狂风的袭击,树干的底部变得又粗又大,整个树干成了圆锥形。这种形状使云杉牢牢地挺立在山顶之上。人们模仿云杉建立的广播电视塔,即使遭到强台风的袭击,也不会有倒塌的危险。 你还能找到类似的例子吗?给你的父母或同学说一说。

生命科学与仿生学_杜家纬

生命科学与仿生学 杜家纬 (中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所,上海 200032) 1 前言 仿生学(Bionics)是1960年由美国斯蒂尔博士提出的从生物界发现机理来解决人类技术上问题的一门综合性的交叉学科,是利用自然生物系统构造和生命活动过程作为技术创新设计的标准,有意识地进行复制,它使人类社会逐步由向自然索取转入向自然界学习和创造世界的新纪元。国际上有声誉的动物学家Wemer Nachtigall博士提出仿生学就是“学习自然界的现象作为技术创新的模式”的基本概念。 美国蒙大拿大学讲师Benyus于1998年撰写和出版一本《仿生学:源于自然的创新灵感》的仿生学专著[1]。书名采用了“Biomimicry”一词,来自希腊语bios(意为生命) 和mimesis (意为模仿)的组合,作者阐述和描绘了将来的仿生学定义及其意义。这是近几年国际学术讨论和2000年工业生态国际会议的一个热门主题。这个新的科学研究方法论给科学、工业、社会,甚至个人更新自然知识和设计原理开辟了一条新的途径,是寻找持续解决人类问题的技术设计原理和策略的交叉学科。它的核心思想是利用自然界的原理、过程和技术来创造新产品、新工艺和新策略,以使人类达到长期适应地球的生存。仿生学促使我们去创造像树叶产生能量、蜘蛛制造纤维、牡蛎生长陶瓷材料那样的仿生技术和仿生工程。 目前对于仿生学的研究范围和领域很难予以划定和区分,其主要原因:(1) 从生物系统获取灵感的范围和数量相当巨大;(2) 相当复杂的协调体系和集合性功能。因此,要简单地归纳若干仿生范围或领域是很困难的。一般可将仿生学划定为:结构与 文章编号 :1004-0374(2004)05-0317-07 ·研究动态· 材料、机理和能量、行为与控制、信息传递与传感器、生殖与生命活动等覆盖面较大的领域。20世纪90年代,仿生学正以令人吃惊的程度影响着从地毯产业直至计算机芯片制造商。世界各国企业家、产品设计师和科学家目光都将转向自然界,探索新的技术和设计原理,以改进现有的产品和发展完全创新的技术。目前仿生学也正以意想不到的速度渗入生命科学,揭示生命活动过程的奥秘,从中获取新材料、新技术和新工艺的启示。2 来自生命活动的启示 自从有了生命之后,自然界生物体就面临和解决形形色色的环境压力和生存问题。生物界在进化压力下经过亿万年的进化才造就现在我们所看到的优秀性状、形态和生命活动过程。人类则是从这些生物的特殊能力中获得启示,受这些形态、模式和结构的启迪,使人类能够得以创新。生物体的生命活动过程为科学领域提供了技术创新的无穷灵感。太阳能在植物中以化学形式贮存几乎是百分之百的效率,动物肌肉是一种最有效的机械马达将效率的控制、信息的传输发挥到非常精确的程度。生物界利用的机理、过程、结构和材料是人类技术和工程巨大的宝库。 2.1 新原理与新技术的发现 表1列出了生命科学中的若干仿生的范例[2 ̄5]。从这些范例中可以看出许多重大科学技术原理的发现都源于科学家对自然界和生命活动的探索。例如美国Iridigm公司通过研究蝴蝶双翅的显微结构发现这种显微结构能使光产生闪烁的色泽,而研制出一种利用光产生干涉光原理的IMOD元件,它能展现类似自然界的结构色泽。Iridigm公司所研制这种由IMOD元件组成的显示屏

生物奥秘与仿生学心得

生物奥秘与仿生学心得 大一上学期我选修了生物奥秘与仿生学这门课,这是一门有意思的学科,老师带领我们探索生命的奥秘与科学。在这门课上我们学习到了很多知识,并且感悟到了除了科学知识以外的对生命的体会。 随着生产的需要和科学技术的发展,从20世纪50年代以来,人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一,自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究,促进了生物学的极大发展,对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想,而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作,开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列,而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起,互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。 我们的科学家们以极大的兴趣研究生物界奇妙的功能,模仿生物的特殊本领为现代科学服务。而我们更从中看到上帝创造万物中的无穷智慧。宇宙是一本敞开的书,一切被造的生物也是上帝向世人敞开的一本书。我们用惯了“大自然”这个名词,也用惯了生物“本能”这个词,其实这些词并不恰当,凡物不是“自然”而成,生物也不是生成就有“本能”。上帝借着这本人人可读的敞开的书向我们说明,他是创造主。走兽、飞鸟、鱼,虽然不会说话,但你若能去问、去思考,问

许许多多的为什么,它们必会向你说明,是上帝的手作成这一切。科学家——不论生物学家、植物学家、动物学家、微生物学家、医学家、化学家无一不在研究这本敞开的书,他们探究这些奥秘,为了造福人类,我们探究奥秘,更要认识上帝。 这门课带领我们探索了大自然的奥秘,感受了生物与生物之间的联系,让我们感受到宇宙的无穷与奇妙,让我们更加明白人知识大自然的一部分,还有更多的生物与我们共存,并且,我们需要它们依赖它们,从而丰富我们的生活,让大自然和谐,美好。

仿生学的例子

仿生学的例子 1、苍蝇-----小型气体分析仪。 2、萤火虫-----人工冷光。 3、电鱼------伏特电池。 4、水母------水母耳风暴预测仪。 5、蛙眼------电子蛙眼。 6、蝙蝠超声定位器的原理------探路仪”。 7、蓝藻-----光解水的装置。 8、人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,——步行机。 9、动物的爪子------现代起重机的挂钩。 10、动物的鳞甲------屋顶瓦楞。 11、鱼的鳍------桨。 12、螳螂臂,或锯齿草------锯子。 13、苍耳属植物-------尼龙搭扣。 14、龙虾-------气味探测仪。 15、壁虎脚趾------粘性录音带。 16、贝-----外科手术的缝合到补船等。 17、鲨鱼-----泳衣。 18、鸟----飞机。 19、鱼------潜水艇。

乌贼和鱼雷诱饵:乌贼体内的囊状物能分泌黑色液体,遇到危险时它便释放出这种黑色液体,诱骗攻击者上当.潜艇设计者们仿效乌贼的这一功能读者设计出了鱼雷诱饵.鱼雷诱醋似袖珍潜艇,可按潜艇的原航向航行,航速不变,也可模拟噪音、螺旋节拍、声信号和多普勒音调变化等.正是它这种惟妙惟肖的表演,令敌潜艇或攻击中的鱼雷真假难辩,最终使潜艇得以逃脱。 长颈鹿和“抗荷服”:长颈鹿是目前世界上最高的动物,其大脑和心脏的距离约3米,完全是靠高达160~260毫米汞柱的血压把血液送到大脑的.按一般分析,当长颈鹿低头饮水时,大脑的位置低于心脏,大量的血液会涌入大脑,使血压更加增高,那么长颈鹿会在饮水时得脑充血或血管破烈等疾病而死.但是裹在长颈鹿身上的一层、厚皮紧紧箍住了血管,限制了血压,飞机设计师和航空生物学家依照长颈鹿皮肤原理,设计出一种新颖的“抗荷服”,从而解决了超高速歼击机驾驶员在突然加速爬升时因脑部缺血而引起的痛苦.这种“抗荷服”内有一装置,当飞机加速时可压缩空气,也能对血管产生相应的压力,这比长颈鹿的厚皮更高明了。 鲸鱼和潜艇的“鲸背效应”:当代核潜艇能长时间潜航于冰海之下,但若在冰下发射导弹,则必须破冰上浮,这就碰到了力学上的难题.潜舴专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪,在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面,作了加强材料力度和外形仿鲸背处理,果然取得了破冰时的“鲸背效应”。 蝴蝶和卫星控温系统:遨游太空的人造卫星,当受到阳光强烈辐射时,卫星温度会高达200摄氏度;而在阴影区域,卫星温度会下降至零下200摄氏度左右,这很容易烤坏或冻坏卫星上的精密仪器仪表,它一度曾使航天科学家伤透了脑筋.后来,人们从蝴蝶身上受到启迪.原来,蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片,这些鳞片有调节体温的作用.每当气温上升、阳光直射时,鳞片自动张开,以减少阳光的辐射角度,从而减少对阳光热能的吸收;当外界气温下降时,鳞片自动闭合,紧贴体表,让阳光直射鳞片,从而把体温控制在正常范围之内.科学家经过研究,为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统。

仿生学的例子25篇【优秀范文】

《仿生学的例子》 仿生学的例子(1): 蝙蝠与雷达 蝙蝠会释放出一种超声波,这种声波遇见物体时就会反弹回来,而人类听不见。雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。在各种地方都会用到雷达,例如:飞机、航空等。 仿生学的例子(2): 苍蝇与小型气体分析仪 令人厌恶的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的逐臭之夫,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉个性灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有鼻子,它靠什么来充当嗅觉的呢原先,苍蝇的鼻子嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个鼻子只有一个鼻孔与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入鼻孔,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的探头不是金属,而是活的苍蝇。就是把十分纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改善计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 仿生学的例子(3): 鲸的前鳍--神奇能量的秘密! 10项鲜为人知的仿生学案例-博闻网明白就好-博闻网---网易探索博客 座头鲸前侧有垒球般大突起的前鳍,能够划过水面,让它悠游在海洋里。但根据流动力学原理,这突起就应会妨碍前鳍的运动。 根据他的研究,费雪为风扇设计具突出边缘的叶片,叶片划过空气的效率比一般标准的风扇高百分20。他成立一家叫鲸鱼能量的公司来生产他的产品,很快地会将这项节能的技术授权给世界各地的公司工厂。但费雪心中的大鱼是风力能源。他相信只要加一些结节在涡轮机的叶片上将会改善整个产业,使得风力的价值更胜以往。

关于仿生学的发明

关于仿生学的发明 1、由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。 2、从萤火虫到人工冷光; 3、电鱼与伏特电池; 4、水母的顺风耳,仿照水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。 5、人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。 6、根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7、模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。 8、根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增

强器——步行机。 9、现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10、屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11、船桨模仿的是鱼的鳍。 12、锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。 13、苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14、嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15、壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16、贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 17、生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线,抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 18、响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理,研制开发出来的现代化武器。 19、火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 20、科研人员通过研究变色龙的变色本领,为部队研制出了不少军事伪装装备。 21、科学家研究青蛙的眼睛,发明了电子蛙眼。 22、白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆,还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块

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