創(chuàng)新方法之仿生法

1、關(guān)于創(chuàng)新方法之仿生法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共38頁【創(chuàng)新故事】 蒼蠅，被稱為“四害”之一，令人討厭。但科學(xué)家卻拜蒼蠅為師，克服了很多難題，發(fā)明了很多新玩意?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共38頁 1.新型導(dǎo)航儀振動(dòng)陀螺儀。家蠅的特別之處在于它的快速飛行技術(shù)，這使得它很難被人類抓住。即使在它的后面也很難接近它。那么，它是怎么做到的呢？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共38頁 昆蟲學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對(duì)平衡棒。當(dāng)它飛行時(shí)，平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向，是保持蒼蠅身體平衡的導(dǎo)航儀。科學(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀振動(dòng)陀螺儀，大大改進(jìn)了飛機(jī)的飛行性能，可使飛機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行，在

2、機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡，即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬無一失。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共38頁 2.蠅眼照像機(jī)。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個(gè)可獨(dú)立成像的單眼，能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機(jī)，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共38頁【定義】 什么是仿生法呢？各種動(dòng)物和植物伴隨著我們度過了成千上萬年，但人類有意識(shí)地向它們學(xué)習(xí)卻是上世紀(jì)中期才開始的。人們往往在遇到難以解決的問題時(shí)就開始細(xì)心地觀察動(dòng)物和植物，希望能從它們身上找到答案或啟示，這種有意識(shí)地模仿生物進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)明的方法叫仿

3、生法。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共38頁 我們?yōu)槭裁匆J(rèn)真向生物學(xué)習(xí)呢？有兩點(diǎn)： 1.生物身上有太多我們不知道的秘密，而人對(duì)未知事物總是充滿了好奇。 2.我們自己解決不了的問題通過向其他生物學(xué)習(xí)獲得了解決，生物身上有很多的優(yōu)點(diǎn)，值得我們學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共38頁我們看一下飛機(jī)在研制過程中出現(xiàn)的問題：人們經(jīng)過長(zhǎng)期反復(fù)的實(shí)踐，使飛機(jī)不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，但是在繼續(xù)研制更快更高的飛機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)師又碰到了一個(gè)難題，就是氣體動(dòng)力學(xué)中的顫振現(xiàn)象。當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼發(fā)生有害的振動(dòng)，飛行越快，機(jī)翼的顫振越強(qiáng)烈，甚至使機(jī)翼折斷，造成飛機(jī)墜落，許多試飛的飛行員因此喪生?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共3

4、8頁 飛機(jī)設(shè)計(jì)師們?yōu)榇嘶ㄙM(fèi)了巨大的精力研究消除有害的顫振現(xiàn)象，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力才找到解決這一難題的方法。就是在機(jī)翼前緣的遠(yuǎn)端上安放一個(gè)加重裝置，這樣就把有害的振動(dòng)消除了。 可是，昆蟲早在3億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學(xué)家在研究蜻蜓翅膀時(shí)，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質(zhì)加厚區(qū)翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，蜻蜓飛行就變得蕩來蕩去。實(shí)驗(yàn)證明正是翼眼的角質(zhì)組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設(shè)計(jì)師高超的發(fā)明何等相似。如果早跟蜻蜓學(xué)習(xí)，問題早就解決了，用不著費(fèi)那么大的工夫，還有很多飛行員為此付出了生命的代

5、價(jià)。所以向生物學(xué)習(xí)很有價(jià)值。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共38頁那么如何應(yīng)用仿生法呢？一、認(rèn)真觀察生物的現(xiàn)象生物身上隱藏著巨大的秘密，讓我們來看一下：1.小蚋是翅振速率最快的昆蟲，每秒鐘可拍打60000萬次。2.螞蟻是力氣最大的昆蟲，它可支撐其體重300倍的重物。3.跳蚤是跳高冠軍，它一跳就是其體長(zhǎng)的200倍。這相當(dāng)于人跳400m高。4.蝗蟲是飛行能力最強(qiáng)的昆蟲，它可以連續(xù)不停地飛行9個(gè)小時(shí)。5.食量最大的天蛾幼蟲，它在出生一個(gè)月內(nèi)可吃掉比其體重重80000倍的東西。6.移動(dòng)最快的昆蟲是熱帶蟑螂，每秒鐘可移動(dòng)4043倍體長(zhǎng)的距離，相當(dāng)于人每秒前進(jìn)130m。7.天蛾是嗅覺最靈敏的昆蟲，其雄蛾可以在十幾公

6、里以外嗅到雌蛾散發(fā)出的氣味。雖然雌蛾釋放的信息素只有00001mg。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共38頁二、聯(lián)系實(shí)際問題創(chuàng)造性地解決仿生工程車仿生工程車蝎子蝎子現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共38頁仿生學(xué)-利用研究出來生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想和工作方式。提問：請(qǐng)問在你們的生活中有那些類似的仿生設(shè)計(jì)呢？提問：請(qǐng)問在你們的生活中有那些類似的仿生設(shè)計(jì)呢？請(qǐng)舉出三個(gè)例子：請(qǐng)舉出三個(gè)例子：1、 2、 3、 防毒面具防毒面具蜂窩設(shè)計(jì)蜂窩設(shè)計(jì)鯊魚皮膚鯊魚皮膚現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共38頁舉例研究：防毒面具防毒面具從外形上分析其仿防毒面具從外形上分析其仿生的來源？生的來源？仿生原理：根據(jù)野豬長(zhǎng)型鼻子中特

7、殊的仿生原理：根據(jù)野豬長(zhǎng)型鼻子中特殊的生理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種具有防御生理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種具有防御有毒氣體的工具。有毒氣體的工具?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共38頁舉例研究：蜂窩設(shè)計(jì)舉例研究：蜂窩設(shè)計(jì)蜂窩輪胎蜂窩輪胎蜂窩煤蜂窩煤仿生優(yōu)點(diǎn)：仿生優(yōu)點(diǎn)：1、質(zhì)量輕、質(zhì)量輕2、剛性高、剛性高3、節(jié)省材料、節(jié)省材料現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共38頁舉例研究：鯊魚的皮膚海洋殺手海洋殺手-鯊魚鯊魚 由于它的游泳速度是同類魚中的最快，原因是因?yàn)椋坑捎谒挠斡舅俣仁峭愻~中的最快，原因是因?yàn)?？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共38頁 提速武器提速武器鯊魚皮泳衣鯊魚皮泳衣 鯊魚皮表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，

8、使身體周的水流更高效地流過進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速游動(dòng)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共38頁知識(shí)的拓展：仿生設(shè)計(jì)創(chuàng)造法應(yīng)用 仿照貝殼的形狀，建成了仿照貝殼的形狀，建成了悉尼歌劇院，成為著名的地悉尼歌劇院，成為著名的地標(biāo)式建筑。標(biāo)式建筑。 利用變色龍可以隨周圍利用變色龍可以隨周圍環(huán)境改變自身顏色的特點(diǎn)，環(huán)境改變自身顏色的特點(diǎn)，制作出來的戶外運(yùn)動(dòng)鞋。制作出來的戶外運(yùn)動(dòng)鞋?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共38頁飛機(jī)飛機(jī)的造型源于模仿飛鳥，這不僅僅是因?yàn)轱w鳥的形態(tài)優(yōu)美，而是其形態(tài)上的合理，由于它展開時(shí)身體扁平，體積小、重量輕，因而產(chǎn)生的風(fēng)阻力小，使飛機(jī)飛行速度快且飛得高！ 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共38頁直升飛機(jī)直升飛機(jī)現(xiàn)在學(xué)

9、習(xí)的是第十九頁，共38頁潛水艇潛水艇是模仿游魚，蛙泳是模仿青蛙，形態(tài)仿生便是利用具象的自然形態(tài)，結(jié)合相應(yīng)的藝術(shù)處理手法與設(shè)計(jì)理念，使之成為一個(gè)既有觀賞性，又具使用功能的設(shè)計(jì)作品 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共38頁超強(qiáng)粘合劑超強(qiáng)粘合劑 幾年前，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到壁虎足墊上數(shù)百萬個(gè)分叉的小剛毛所擁有的神奇力量，正是這種力量讓壁虎上演飛檐走壁的絕技。目前，科學(xué)家正在研制一系列模仿這種神奇力量的超強(qiáng)粘合劑，用以提高打造爬墻機(jī)器人 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共38頁像海參一樣軟硬兼?zhèn)涞乃芰舷窈⒁粯榆浻布鎮(zhèn)涞乃芰?當(dāng)受到驚嚇之后，身體柔軟的海參會(huì)分泌一種特殊化學(xué)物質(zhì)，能夠在幾秒鐘之內(nèi)將皮膚變硬，此時(shí)的皮膚如同一副鎧

10、甲。這一軟硬兼?zhèn)涞谋绢I(lǐng)為科學(xué)家提供了靈感，促使他們研制一種遇水之后即由硬變軟的塑料材料。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共38頁 模仿海鷗的偵察機(jī)模仿海鷗的偵察機(jī) 美國佛羅里達(dá)州大學(xué)工程師里克林德從海鷗身上得到啟發(fā)，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時(shí)又可猛撲向林蔭大道的遠(yuǎn)程遙控偵察機(jī)，很多現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)正是由高層建筑和林蔭大道構(gòu)成?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共38頁在迅速飛動(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。青蛙與電子眼青蛙與電子眼現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共38頁水母順風(fēng)耳 水

11、母的順風(fēng)耳，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，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。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共38頁 仿鳥設(shè)計(jì)為高鐵降噪仿鳥設(shè)計(jì)為高鐵降噪 日本新干線高速列車是世界上速度最快的列車之一，每小時(shí)的行駛距離接近200英里(約合321公里)。除此之外，由于采用“取經(jīng)”于貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設(shè)計(jì)，行駛過程也出奇地安靜。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共38頁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。 冷光燈現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共38頁放眼看去，動(dòng)物在長(zhǎng)期進(jìn)化中逐漸形成了適合生存環(huán)境的種種形態(tài)，而保持這種形態(tài)的骨骼系統(tǒng)在

12、強(qiáng)度、硬度和穩(wěn)定性等方而是很完美的。仿生建筑的分類骨架形態(tài)的建筑結(jié)構(gòu)骨架形態(tài)的建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共38頁昆蟲單復(fù)眼與生物顯微鏡昆蟲單復(fù)眼與生物顯微鏡 高級(jí)研究用正置生物顯微鏡： 內(nèi)置“復(fù)眼”照明，使數(shù)碼成像 更為理想。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共38頁汽車 形態(tài)仿生現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共38頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共38頁蝴蝶形建筑蝴蝶形建筑，在建筑形態(tài)上仿若一只只蝴蝶，在湖泊與樹林之間翩然飛舞。蝶型建筑讓建筑在最大比例上向湖泊開放向湖泊開放，蝶翅部分由黃金分割的橢圓弧形成，使建筑與自然融為一體，宛若天成。同時(shí)因?yàn)楹岚蚺c身體形態(tài)上的起伏，擴(kuò)大了戶型觀景空間觀景空間，讓建筑

13、與藝術(shù)完美結(jié)合。淺水半島淺水半島蝴蝶形建筑蝴蝶形建筑現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共38頁竹筍形建筑竹筍形建筑竹筍形建筑竹筍形建筑，其建筑形態(tài)仿佛破地向山的竹筍，充滿著建筑爆發(fā)力。竹筍形建筑中大量的鋼架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，使整個(gè)建筑體系在濃烈的現(xiàn)代主義風(fēng)格現(xiàn)代主義風(fēng)格中還兼具了工業(yè)文工業(yè)文明明的建筑表現(xiàn)形式。同時(shí)該建筑整體趨于飽滿的設(shè)計(jì)，讓建筑在視覺穩(wěn)定性視覺穩(wěn)定性上達(dá)到一個(gè)新高度淺水半島淺水半島現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共38頁孔雀椅. 漢斯韋格納孔雀椅現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共38頁蝴蝶和衛(wèi)星控溫系統(tǒng) 遨游太空的人造衛(wèi)星，蝴蝶身體表面生長(zhǎng)著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共38頁鳥鳴壺鳥鳴壺現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共38頁人們運(yùn)用仿生法發(fā)明碩果累累：1.從螢火蟲到人工冷光。2.根據(jù)蛋殼發(fā)現(xiàn)拱形的承受力量。3.人們根據(jù)章魚發(fā)明煙霧彈。4.鼠標(biāo)是仿老鼠的。5.防水衣服是仿荷葉造的。6.現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動(dòng)物的爪子。7.船槳模仿的是鴨的蹼。8.潛水艇和魚的沉浮。9.變色衣服是學(xué)習(xí)蝴蝶上的鱗片。10.響尾蛇和空對(duì)空響尾蛇導(dǎo)彈。11.火箭升空利用的