鳥的蛋殼很薄,但能承受比較大的壓力,這與它的卵形結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系.根據(jù)這個道理,人們發(fā)明了表面彎曲、形如蛋殼的薄殼建筑結(jié)構(gòu),既堅固又節(jié)省材料.
有些植物的葉子很薄很大、很長,但能挺拔地伸展在空中.這是為什么呢?如果仔細觀察可以發(fā)現(xiàn),這些植物葉子的邊緣常是卷曲的,甚至卷成筒形,依靠這種形狀,增加了葉的強度,使葉能挺拔生長.根據(jù)這種原理,人們發(fā)明了筒形葉橋,既堅固又節(jié)省材料.
蝙蝠是夜間活動的動物,在伸手不見五指的黑夜,蝙蝠能在空中、樹林中、山洞里自由飛翔,捕食飛蟲.是不是蝙蝠的視力特別好呢?據(jù)觀察蝙蝠的視力特別差,不是靠眼來識別方位和周圍物體的,而是靠自身發(fā)出的超聲波來定位、識別物體的.它在飛行中,從嘴、鼻發(fā)出人聽不見的聲波——超聲波,超聲波能向著一個固定的方向快速傳播,遇到障礙就會返回,被蝙蝠的耳朵接受.根據(jù)聲波返回的時間及其他方面的情況,蝙蝠就能判斷前面有什么物體及有多遠,是食物,捕捉;是障礙,躲開.根據(jù)這個原理,人們發(fā)明了雷達.雷達是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定方位的設(shè)備.雷達主要由發(fā)射機、天線、接收機和顯示器四部分組成.發(fā)射機通過天線向空中定向發(fā)射電波,電波如果在空中遇到障礙——飛機、導(dǎo)彈、云層等,就會反射回來,被天線接收,經(jīng)接收機的放大、加工,在顯示器的熒光屏上顯示出障礙物的種類、方位、距離.雷達廣泛應(yīng)用在航空、航天、軍事、天氣預(yù)報等方面.
昆蟲的每只眼睛由很多小眼構(gòu)成,叫做復(fù)眼.它們在看周圍的物體時,在眼里可以同時形成很多的像.人們仿照昆蟲眼睛的構(gòu)造,發(fā)明了多鏡頭照相機和多鏡頭攝像機,一次可以拍成很多張像.這在攝影、攝像以及其他方面有很大用途.
機器人是仿照人的器官及其作用的機器.機器人的構(gòu)造可以分為三個大部分:一是操縱部分,人根據(jù)需要,輸入各種指令;二是電腦,將輸入的指令加工、處理、輸出,指揮機械部分工作;三是機械部分,通常包括動力、傳動、工作三個基本組成部分.有的機器人具有人的外形,有的機器人看上去只相當(dāng)于人的某一個部分,例如機械手.機器人可以代替人做很多工作,比人做得更快、更精確、更好.
.仿生學(xué)
仿生學(xué)是生物學(xué)、數(shù)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)等學(xué)科相互滲透、交叉而形成的一門新學(xué)科.作為
一門獨立的學(xué)科,仿生學(xué)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代初.它主要研究生物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞,把得到的知識用來改善現(xiàn)有的機械、儀器、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過程.目前,仿生學(xué)的研究主要集中在感覺器官的模擬;大腦神經(jīng)細胞、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬;動物定位、導(dǎo)航功能的模擬;生物力學(xué)和生物化學(xué)的模擬等方面.這些生物模擬已成為現(xiàn)代發(fā)展新技術(shù)的重要途徑之一.
2.幾個仿生實例
(1)帶鋸刺的小草和鋸子 相傳我國古代的著名工匠魯班,他在土木工程方面有許多創(chuàng)造發(fā)明.有一次,魯班上山伐木被野草劃破了手.他摘下草葉輕輕一摸,發(fā)現(xiàn)葉子邊緣有許多鋒利的小齒.于是魯班就在鐵片上做出小齒,經(jīng)過反復(fù)試驗和改進,終于發(fā)明了當(dāng)時急需的木工用鋸子.
(2)飛蓬草和輪子 飛蓬草是菊科植物,生長在山坡、草地、牧場或林帶邊緣.它的莖直立高達60厘米.由于它枯后根斷,遇風(fēng)飛旋,因此叫飛蓬.傳說古人是受飛蓬的啟示后發(fā)明輪子的.
(3)蛋殼和屋頂 蛋殼呈凸曲面,凸曲面能把外力沿著曲面均勻地分散開來,避免應(yīng)力集中.因此,能抵擋很大的外來壓力.人們從蛋殼等生物的凸曲面殼體表現(xiàn)出來的良好抗壓能力受到啟發(fā),設(shè)計了薄殼結(jié)構(gòu)屋頂.北京火車站的大廳、上海動物園的象房等建筑,都采用了薄殼屋頂.
(4)海豚和潛水艇 海豚是游泳能手,時速可達53千米,在追捕食物和逃避敵害時,速度還能增大一倍.主要原因是海豚的體形呈良好的流線型,還有特殊的皮膚結(jié)構(gòu)像個很好的消振器,所以海豚在水中受到的阻力很小.現(xiàn)代潛艇的外形很像海豚,還在潛艇表面上覆蓋人造海豚皮,使?jié)撏г谒惺艿降淖枇χ辽俳档鸵话?使?jié)撏У乃俣却蟠筇岣?也節(jié)約了燃料.
(5)杉樹和電視塔 云杉為適應(yīng)山上長年累月的狂風(fēng)襲擊,樹干底部顯著增粗,形成圓錐形.人們模仿云杉對大風(fēng)的適應(yīng),把建造在風(fēng)速達80米/秒山頂上的電視塔設(shè)計成類似圓錐體,就能抵抗住大風(fēng)襲擊.
(6)飛機和蜻蜓翅膀 蜻蜓在長期的進化中有一種抗顫振的結(jié)構(gòu),那就是在翅膀末端前緣長有“翅痣”,如果把它們切除,蜻蜓就飛不好.現(xiàn)代飛機機翼末端前緣也有類似的“配重區(qū)”,用來消除顫振.
(7)狗鼻和電子鼻 狗的嗅覺十分靈敏,它的嗅覺比人靈敏100萬倍.現(xiàn)在人們已研制成功比狗鼻靈敏1000倍的電子鼻.電子鼻是一種氣體檢測器.各種電子鼻的構(gòu)造、原理、靈敏度不盡相同.它常被用來檢驗化學(xué)物品,鑒別食物好壞,測定空氣污染程度,分析密閉艙的氣體成分,甚至用來幫助醫(yī)生診斷疾病.此外,高分辨力、高靈敏度的電子鼻還可用來代替警犬,進行偵緝、反毒、防衛(wèi)、救援等工作,因此也叫電子警犬.
(8)蝙蝠和雷達 蝙蝠采用回聲定位的方式來探測目標(biāo).它在喉內(nèi)產(chǎn)生超聲波,通過口
或鼻孔發(fā)射出來.被物體反射回來的超聲信號,由蝙蝠的耳朵接收,蝙蝠就根據(jù)反射信號判
定目標(biāo)的性質(zhì)和距離.雷達的工作原理和蝙蝠的回聲定位方式相似.
(9)袋鼠和跳躍器 袋鼠是生活在開闊草原、沙漠地區(qū)的哺乳動物,它的運動方式十分
特殊,用強有力的后肢跳躍前進,每小時可跑40千米~50千米.跳躍器是模仿袋鼠運動方式的無輪汽車,它能在崎嶇不平的地方和沙漠地帶通行無阻.
(10)人和機器人 機器人早已由科學(xué)幻想變成現(xiàn)實,目前世界上成千上萬的機器人在各行各業(yè)大顯身手.它們模仿人的動作、人的感覺甚至人的思維,代替人在環(huán)境惡劣、危險場所或動作要求精細復(fù)雜的工作崗位上不知疲勞地工作著.新一代的機器人還將模仿人的自學(xué)本領(lǐng),更好地代替人的勞動.
魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng),人們就模仿魚類的形體造船,以木槳仿鰭.相傳早在大禹時期,我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎,他們就在船尾上架置木槳.通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐,逐漸改成櫓和舵,增加了船的動力,掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段.這樣,即使在波濤滾滾的江河中,人們也能讓船只航行自如.
蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是“天然導(dǎo)航儀”,人們模仿它制成了“振動陀螺儀”.這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機上,實現(xiàn)了自動駕駛.
蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”,由30O0多只小眼組成,人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”.“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機”,一次就能照出千百張相同的相片.這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質(zhì)量.“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件,它的用途很多.
鳥類的翅膀具有許多特殊功能和結(jié)構(gòu),使得它們不僅善于飛行,而且會表演許多“特技”,這些特技還是目前人類的技術(shù)難以達到的.小小的蜂鳥是鳥中的“直升機”,它既可以垂直起落,又可以退著飛.在吮吸花蜜時,它不像蜜蜂那樣停落在花上,而是懸停于空中.這是多么巧妙的飛行啊.制造具有蜂鳥飛行特性的垂直起落飛機,已經(jīng)成為許多飛機設(shè)計師夢寐以求的愿望.
在企鵝的啟示下,人們設(shè)計了一種新型汽車“企鵝牌極地越野汽車”.這種汽車用寬闊的底部貼在雪面上,用輪勺推動前進,這樣不僅解決了極地運輸問題,而且也可以在泥濘地帶行駛.
蒼蠅的眼睛,發(fā)明了蠅眼攝象機.
蒼蠅的靈敏感知,發(fā)明了危險探測儀,用在危險工作場所
鷹的滑翔技巧,發(fā)明了滑翔機.
鳥類的留線造型,改變了飛機的外型,更符合空氣動力學(xué).
鳥類的骨頭,改進了飛行器的骨架結(jié)構(gòu),更輕,強度更高.
蝙蝠和海豚的聲波探測,發(fā)明了超聲波雷達.
飛機靠雷達在夜間飛行是人們從蝙蝠身上受到的啟示
仙人掌、螞蟻,這些自然的事物隨處可見,因此它們并不稀奇,但你可別小看它們.
你是否看過一群小小的螞蟻,在墻壁爬動著?它們時時抬著像沙子一般小的食物,成群結(jié)隊的走動.那細小的身材,生命十分柔弱,只要被人一壓,它的一生,可能就這樣結(jié)束.螞蟻雖然渺小,但非常團結(jié).一只螞蟻找到食物,由於食物的體積太大,自己無法搬運,它便立刻回巢,通知夥伴,大家一起團結(jié)起來,就能成功了.我們也是一樣,如果不能團結(jié),像一盤散沙一樣,一點力量都沒有;如果能合作,在做人處世上就能屹立不搖.
仙人掌生活在沙漠地區(qū),那里酷熱無比,還有許多惡毒的猛獸,處境十分危險.但是仙人掌生活在那里許久,卻不見它絕種,這是因為它為了適應(yīng)險惡的環(huán)境,長出了尖銳的刺,使動物們無可奈何.這似乎告訴我們,必須克服困難,外在艱苦的環(huán)境,要靠自己堅強的毅力去解決.俗語說:「天下無難事,只怕有心人.」就是這個道理.
大自然中,給我們的啟示實在太多了,只要用心體會,都能讓我們對生命有更深一層的體認,像仙人掌、螞蟻,不都是很好的例子嗎?
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