動(dòng)物和仿生學(xué)自制

1、關(guān)于動(dòng)物與仿生學(xué)自制第一張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月什么是仿生學(xué)？仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。說簡(jiǎn)單點(diǎn)就是將其他動(dòng)物或植物上的優(yōu)點(diǎn)吸取并應(yīng)用于科技上。 第二張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月螢火蟲人工冷光科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出

2、熒光。螢火蟲的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。 早在40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。第三張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月長頸鹿與宇航員失重現(xiàn)象 長頸鹿之所以能將血液通過長長的頸輸送到頭部，是由于長頸鹿的血壓很高。據(jù)測(cè)定，長頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什么不會(huì)使長頸鹿患腦溢血而死亡呢？這與長頸鹿身體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，長頸鹿血管周圍的肌肉非常發(fā)達(dá)，能壓縮血管，控制血流量；同時(shí)長頸鹿腿部及全身的皮膚和筋膜繃得很緊，利于下肢的血液向上回流。科學(xué)家由此受到啟示，在訓(xùn)練宇航員對(duì)，設(shè)置一種特殊器械，讓宇航員利用這種器械每天

3、鍛煉幾小時(shí)，以防止宇航員血管周圍肌肉退化；在宇宙飛船升空時(shí)，科學(xué)家根據(jù)長頸鹿利用緊繃的皮膚可控制血管壓力的原理，研制了飛行服“抗荷服”?？购煞习灿谐錃庋b置，隨著飛船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的氣體，從而對(duì)血管產(chǎn)生一定的壓力，使宇航員的血壓保持正常。同時(shí)，宇航員腹部以下部位是套入抽去空氣的密封裝置中的，這樣可以減小宇航員腿部的血壓，利于身體上部的血液向下肢輸送。 1第四張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)雷達(dá)是一種神奇的電學(xué)器具，它由電磁波往返時(shí)間，測(cè)得阻波物的距離。假如你問雷達(dá)是誰發(fā)明的？在芬克的雷達(dá)機(jī)械中說，“雷達(dá)的發(fā)明，不能專歸于某一位科學(xué)家，乃是許多無

4、線電學(xué)工程師努力研究，加以調(diào)準(zhǔn)而成?！痹趹?zhàn)時(shí)，美國麻省理工學(xué)院由五百位科學(xué)家和工程師致力于雷達(dá)的研究。希奇得很，在自然界中，你找得到神為某種動(dòng)物所豫備的雷達(dá)。在一九四七年一月號(hào)的英國奮勉雜志上，科學(xué)家B. Vesey-Fitzgerald 發(fā)表了一篇很有趣的文本，給我們解釋蝙蝠在黑暗中如何指導(dǎo)自己飛行，不論如何黑暗，如何狹窄的地方，絕不碰壁，這是什么原因？它怎樣知道前面有無障礙呢？關(guān)于這事有兩位美國生物學(xué)家格利芬和迦朗包在一九四年已經(jīng)證明，蝙蝠能夠避免碰撞，是藉一種天然雷達(dá)，不過是聲波代替電磁波，在原理方面完全相仿。從蝙蝠口中發(fā)出一種頻率極高的聲波，超過人類聽覺范圍以外，二位科學(xué)家藉著一種特制

5、的電力設(shè)備，在蝙蝠飛行時(shí)，將它所發(fā)的高頻率聲波記錄出來。這種聲波碰到墻上，必然折回，它的耳膜就能分辨障礙物的距離遠(yuǎn)近，而向適宜方向飛去。蝙蝠傳輸聲波也像雷達(dá)一樣，都是相距極短的時(shí)間而且極有規(guī)則，并且每只蝙蝠，有其固有的頻率，這樣蝙蝠可分清自己的聲音，不至發(fā)生擾亂。因這緣故，蝙蝠飛行之時(shí)，常是張口，假如你將它口緊閉，它便失去指揮作用，假如堵上它的耳朵，便要撞到墻上，無法飛行。這個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，道破了它的秘密。第五張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月螢火蟲與冷光 螢火蟲在夏日夜晚發(fā)出的光,和太陽光以及各種電燈光都不一樣。太陽依靠核聚變來發(fā)光,電燈依靠電流對(duì)燈絲的加熱,它們?cè)诎l(fā)光時(shí)都伴隨有熱的產(chǎn)

6、生。因此,人們稱它們?yōu)闊峁庠?。螢火蟲發(fā)出的光,是由體內(nèi)一系列特殊的化學(xué)反應(yīng)引起的。由于它能100%地將能量轉(zhuǎn)換成光能, 不產(chǎn)生熱量,人們就稱它為冷光源。螢火蟲的特異功能是由它體內(nèi)所含的熒光素、熒光酶和氧氣相互作用的結(jié)果。熒光酶是一種蛋白質(zhì), 是發(fā)光的催化劑,在它的作用下,熒光素便和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成氧化熒光素。在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)中,每氧化一個(gè)熒光素分子就發(fā)射出一個(gè)光子, 因而反應(yīng)所產(chǎn)生的能量全部以光的形式釋放出來。 自然界能夠發(fā)光的生物還有許多種。有一種甲殼動(dòng)物, 在它們由干燥變成潮濕的時(shí)候,能發(fā)出輝光。第二次世界大戰(zhàn)中,日本兵感到較強(qiáng)的燈光危險(xiǎn)性太大,就在干燥的甲殼動(dòng)物上吐一點(diǎn)兒唾沫,它發(fā)出

7、的光足夠閱讀一張地圖。生物發(fā)光的強(qiáng)度雖然不大,但卻給人們研究新光源以重要啟示。2第六張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4烏龜?shù)凝敋づc薄殼建筑龜殼的背甲呈拱形，跨度大，包括許多力學(xué)原理。雖然它只有2 mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少，跨度大，堅(jiān)固耐用。薄殼建筑也并非都是拱形，舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。 第七張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月蜻蜓與飛機(jī)蜻蜓通過翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行

8、，其向前飛行速度可達(dá)72公里/小時(shí)。此外，蜻蜓的飛行行為簡(jiǎn)單，僅靠?jī)蓪?duì)翅膀不停地拍打?？茖W(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起劇烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時(shí)安然無恙，于是人們效仿蜻蜓在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動(dòng)這個(gè)令人棘手的問題。 為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動(dòng)力學(xué)以及其飛行的效率，一個(gè)四葉驅(qū)動(dòng)，用遠(yuǎn)程水平儀控制的機(jī)動(dòng)機(jī)翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風(fēng)洞內(nèi)測(cè)試了各項(xiàng)飛行參數(shù)。 第二個(gè)模型試圖安裝一個(gè)以更快頻率飛行的翅膀，達(dá)到每秒18次震動(dòng)的速度。有特色的是，這個(gè)模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對(duì)機(jī)翼之間相

9、差的裝置。 研究的中心和長遠(yuǎn)目標(biāo)，是要研究使用“翅膀”驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)表現(xiàn)，以及與傳統(tǒng)的螺旋推動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)效率的比較等等。5第八張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6蜘蛛與裝甲蜘蛛和裝甲 生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)蜘蛛絲的強(qiáng)度相當(dāng)于同等體積的鋼絲的5倍。受此啟發(fā)，英國劍橋一所技術(shù)公司試制成猶如蜘蛛絲一樣的高強(qiáng)度纖維。用這種纖維做成的復(fù)合材料可以用來做防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等結(jié)構(gòu)材料。 第九張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月鯨魚與潛艇鯨魚和潛艇的“鯨背效應(yīng)” 當(dāng)代核潛艇能長時(shí)間潛航于冰海之下，但若在冰下發(fā)射導(dǎo)彈，則必須破冰上浮，這就碰到了力學(xué)上的難題。潛舴專家從鯨魚每隔10分鐘必須破冰呼吸一次中

10、得到啟迪，在潛艇頂部突起的指揮臺(tái)圍殼和上層建筑方面，作了加強(qiáng)材料力度和外形仿鯨背處理，果然取得了破冰時(shí)的“鯨背效應(yīng)”。 7第十張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8青蛙與電子眼為了弄清楚為什么青蛙一定要等飛蛾起飛才發(fā)動(dòng)攻擊，仿生學(xué)家對(duì)青蛙進(jìn)行了特殊的實(shí)驗(yàn)研究。原來，蛙眼視網(wǎng)膜的神經(jīng)細(xì)胞分成五類，一類只對(duì)顏色起反應(yīng)，另外四類只對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的某個(gè)特征起反應(yīng)，并能把分解出的特征信號(hào)輸送到大腦視覺中樞視頂蓋。視頂蓋上有四層神經(jīng)細(xì)胞，第一層對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的反差起反應(yīng)；第二層能把目標(biāo)的凸邊抽取出來；第三層只看見目標(biāo)的四周邊緣；第四層則只管目標(biāo)暗前緣的明暗變化。這四層特征就好像在四張透明紙上的畫圖，迭在一起

11、，就是一個(gè)完整的圖像。因此，在迅速飛動(dòng)的各種形狀的小動(dòng)物里，青蛙可立即識(shí)別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對(duì)其他飛動(dòng)著的東西和靜止不動(dòng)景物都毫無反應(yīng)。 弄清了蛙眼的原理和結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)家就發(fā)明了電子蛙眼。第十一張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月蝴蝶與人造衛(wèi)星蝴蝶和衛(wèi)星控溫系統(tǒng) 遨游太空的人造衛(wèi)星，當(dāng)受到陽光強(qiáng)烈輻射時(shí)，衛(wèi)星溫度會(huì)高達(dá)200攝氏度；而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星溫度會(huì)下降至零下200攝氏度左右，這很容易烤壞或凍壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表，它一度曾使航天科學(xué)家傷透了腦筋。后來，人們從蝴蝶身上受到啟迪。原來，蝴蝶身體表面生長著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)氣溫上升、陽光直射時(shí)，鱗片

12、自動(dòng)張開，以減少陽光的輻射角度，從而減少對(duì)陽光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，鱗片自動(dòng)閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍之內(nèi)?？茖W(xué)家經(jīng)過研究，為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。9第十二張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月10鯊魚與游泳衣鯊魚皮這個(gè)名字可不是白叫的，該款游裝的設(shè)計(jì)靈感確實(shí)來源于鯊魚。在鯊魚的皮膚表面上分布著許多的齒狀突起，它們能夠保持好水流的流態(tài)，并產(chǎn)生具有卷吸作用的穩(wěn)定的渦流，可以有效的減少表面磨擦阻力和壓差阻力，令鯊魚更為順暢的在水中游動(dòng)。鯊魚皮游泳衣精確的模擬了海洋霸王的表皮結(jié)構(gòu)，其齒狀突起科學(xué)的按照鯊魚表皮的比例尺寸制造，使其更加

13、符合自然規(guī)律，這也就是它最大的秘密。別外，鯊魚皮游衣的面料主要采用一種叫做箍銅樹脂薄膜的新型的高科技產(chǎn)品，具有極強(qiáng)的彈性和伸展性，它更好的緊束人體外形，盡可能創(chuàng)造出流線性效果，同時(shí)還可以壓縮肌肉，減少肌肉在水中的擺動(dòng)，要知道肌肉在水中的擺動(dòng)正是形狀阻力產(chǎn)生的主要來源。鯊魚皮游泳衣是把仿生學(xué)理論和流體力學(xué)理論運(yùn)用到體育領(lǐng)域里中的一次嘗試，有專家甚至認(rèn)為它是繼比基尼問世以來在泳衣設(shè)計(jì)上的又一次跨時(shí)代革命，由于世界大賽上頂尖高手間的差距往往只在毫厘之間，如果鯊魚皮真的能提高哪怕1的成績(jī)，那么現(xiàn)在的各項(xiàng)世界紀(jì)錄，在它的影響下都將形同虛設(shè)。 第十三張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月仿生造型設(shè)計(jì)

14、鳥類的蛋具有如此大的承受力,是與它特有的蛋形曲線和科學(xué)的結(jié)構(gòu)分不開的.蛋的結(jié)構(gòu)有3層,外層為表皮層,又稱閃光層,中層為海綿層,內(nèi)層為乳頭層,不同的鳥類具有不同的3層顯微結(jié)構(gòu). 第十四張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月仿生造型設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)，就象哺乳動(dòng)物的骨骼，支撐著體內(nèi)的其他部分。對(duì)于寶馬3系，車身重量約占整車的20%，而人的骨骼占人體重的18%。再以馬為例，馬的骨骼與其總體重之比達(dá)到完美的710%，平衡的秘密就在于馬骨骼的結(jié)構(gòu)和密度?？傊亓?高負(fù)重組織結(jié)構(gòu)以馬為鑒的輕質(zhì)技術(shù)第十五張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月仿生造型設(shè)計(jì)寶馬的H2R氫燃料汽車最高時(shí)速達(dá)300.175公里。無

15、庸置疑，發(fā)揮到極至的空氣動(dòng)力學(xué)是實(shí)現(xiàn)這一高速的關(guān)鍵因素。寶馬H2R外型和設(shè)計(jì)的靈感來自海豚和企鵝的低阻身材。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。魚、海豚、企鵝流線品質(zhì)的最佳化第十六張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月響尾蛇的視力幾乎為零，但其鼻子上的頰窩器官具有熱定位功能，對(duì)0.001攝氏度的溫差都能感覺出來，且反應(yīng)時(shí)間不超過0.1秒。即使爬蟲、小獸等在夜間入睡后，憑借它們身體所發(fā)出的熱能，響尾蛇就能感知并敏捷地前往捕食?？茖W(xué)家根據(jù)響尾蛇這一奇特功能，研制出現(xiàn)代夜視儀、空對(duì)空響尾蛇導(dǎo)彈，以及仿生紅外探測(cè)器。第十七張，PPT共二十四

16、頁，創(chuàng)作于2022年6月蝙蝠發(fā)出的超聲波遇到障礙物就會(huì)被反射回來，迅速判斷前方是什么物體，距離有多遠(yuǎn)，是食物，樹干還是敵人，然后決定進(jìn)攻或躲避。 第十八張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)過蝙蝠的啟示，人類發(fā)明了聲納，即超聲波測(cè)距儀 ,用于各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮著重要的作用。第十九張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月螳螂臂鋸子有一次魯班進(jìn)深山砍樹木時(shí)，一不小心，手被一種野草的葉子劃破了，他摘下葉片輕輕一摸，原來葉子兩邊長著鋒利的齒，他的手就是被這些小齒劃破的，他還看到在一棵野草上有條大蝗蟲，兩個(gè)大板牙上也排列著許多小齒，所以能很快地磨碎葉片。魯班就從這兩件事上得到了啟發(fā)。他想，要是這樣齒

17、狀的工具，不是也能很快地鋸斷樹木了嗎？于是，他經(jīng)過多次試驗(yàn)，終于發(fā)明了鋒利的鋸子，大大提高了工效。第二十張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月電魚伏特電池電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。 19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模

18、型，設(shè)計(jì)出世界上最早的電池 。第二十一張，PPT共二十四頁，創(chuàng)作于2022年6月水母風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀水母這種動(dòng)物有預(yù)測(cè)風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。 主要是根據(jù)由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波 (頻率為每秒813次)。次聲波是總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時(shí)，聽石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。 仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時(shí)，可令旋轉(zhuǎn)360的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強(qiáng)度。這種預(yù)測(cè)儀能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義 。第二十二張，P