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动物仿生学有哪些

时间:2010-3-14 专题:公输般

仿生设计学,亦可称之为设计仿生学(designbionics),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。古代庙宇中大殿之前的山门的建造,就其建筑结构来看,颇有点像大象的架势,柱子又圆又粗,仿佛像大象的腿。
我国古代勤劳勇敢的劳动人民对于绚丽的天空、翱翔的苍鹰早就有着各种美妙的幻想。根据秦汉时期史书记载,澳门钻石赌场官方:两千多年前,我国人民就发明了风筝,并且应用于军事联络。春秋战国时代,鲁国匠人鲁班,本名公输般,首先开始研制能飞的木鸟;并且他从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示而发明了锯子。据《杜阳杂编》记载,唐朝有个韩志和,“善雕木作鸾、鹤、鸦、鹊之状,饮啄动静与真无异,以关戾置于腹内,发之则凌云奋飞,可高达三丈至一二百步外,始却下。”西汉时期,有人用鸟的羽毛做成翅膀,从高台上飞下来,企图模仿鸟的飞行。以上几例,足以说明我国古代劳动人民对鸟类的扑翼和飞行,进行了细致的观察和研究,这也是最早的仿生设计活动之一。明代发明的一种火箭武器“神火飞鸦”,也反映了人们向鸟类借鉴的愿望。

我国古代劳动人民对水生动物——鱼类的模仿也卓有成效。通过对水中生活的鱼类的模仿,古人伐木凿船,用木材做成鱼形的船体,仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹,由此取得水上运输的自由。后来随制作水平提高而出现的龙船,多少受到了不少动物外形的影响。古代水战中使用的火箭武器“火龙出水”,多少有点模仿动物的意思。以上事例说明,我国古代劳动人民早期的仿生设计活动,为开发我国光辉灿烂的古代文明,创造了非凡的业绩。
外国的文明史上,大致也经历了相似的过程。在包含了丰富生产知识的古希腊神话中,有人用羽毛和蜡做成翅膀,逃出迷宫;还有泰尔发明了锯子,传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。十五世纪时,德国的天文学家米勒制造了一只铁苍蝇和一只机械鹰,并进行了飞行表演。
一八оο年左右,英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利,模仿鳟鱼和山鹬的纺锤形,找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线,对航空技术的诞生起了很大的促进作用。同一时期,法国生理学家马雷,对鸟的飞行进行了仔细的研究,在他的著作《动物的机器》一书中,介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中,发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿,根据鸟类飞行机构的原理,终于制造了能够载人飞行的滑翔机。
后来,设计师又根据鹤的体态设计出了掘土机的悬臂,在一战期间,人们从毒气战幸存的野猪身上中获得启示,模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具。在海洋中浮沉灵活的潜水艇又是运用了哪些原理?虽然我们无据考察潜艇设计师在设计潜艇时是否请教了生物界,但是不难设想,设计师一定懂得鱼鳔是鱼类用来改变身体同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陆两栖动物,体育工作者就是认真研究了青蛙在水中的运动姿势,总结出一套既省力、又快速的游泳动作——蛙泳。另外,为潜水员制作的蹼,几乎完全按照青蛙的后肢形状做成,这就大大提高了潜水员在水中的活动能力。
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