现代社会中的仿生学
人们从大自然中汲取灵感已数十载,高速公路上的反射镜模
拟猫的眼睛.今日我们称模仿自然的科学为生物模仿学,这个领域已经是一个有百万美元产值的产业了。以下列出我们几项来自野外的新仿生科技。
1.鲨鱼皮-最新的导管热
鲨鱼皮,千万年来一直有办法保
持清洁.现在借用鲨鱼皮,感染可能
会绝迹。Sharklet公司生产一种由鲨鱼皮概念而产生的塑料覆盖物。目前正试用在医院里大多数人会摸到的物品表面,像是灯的开关、屏幕、把手。目前为止在防止细菌上似乎是成功的。Sharklet已经有了进一步的计划,他的下一个计划是替常常造成感染的导管做朔胶覆盖物。
2. 蝙蝠魔杖-神奇!
导盲手杖利用回波测试法,跟
蝙蝠用来探测环境的知觉系统相同。每秒它可以释放6万个超音波,并感应回弹的波长。当某些回来快一点,那意味着有某个物体在附近,此时手杖的把手就会震动。采用这个技术,不仅可以看见在地面上的物体,如空罐子或消防栓,还可以侦测地面以上的物体,如低挂的号志和树枝。手杖的输入及回报系统是无声的,因此使用者可以同时听到周遭的所有声音。
3. 火车整了形-因为鸟!
当1964年日本建造第一部日本
新干线子弹列车的时候,它能够以每小时120公里快速行驶。但这么快有一个恼人的副作用:每当列车高速行驶于隧道时,会产生轰隆隆的声音。当工程师兼鸟类爱好者Eiji Nakatsu加入后,他实验了不同的列车车头形状,他发现目前为止以像鱼狗喙的形状的最好。今日日本的高速列车长长的,像鸟嘴一般的车头的形状可以帮助列车安静地快速驶离隧道。事实上,这样的设计让列车相较于之前的设计速度上快了百分之十,也节省了百分之十五的燃料。
4.鲸的前鳍——神奇能量的秘密!
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,这突起应该会妨碍前鳍的运动。根据研究,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。
5.机械蛇怪蜥蜴能干吗?
蛇怪蜥蜴能在水上走,更正确地
说是跑!比昆虫大很多的蛇怪蜥蜴之所以能够停留在水上靠的是它的脚以正确的角度像骑脚踏车般的踩动着。所以身体能够高出水面,往前快跑。
2003年,卡内基美隆大学的机械人学教授梅庭西用蛇怪蜥蜴做为不可思议的生物机械学的例子时,他突然想到是否能模仿相同的技巧制造一个机械人呢?这并不是一件简单的事。不但马达必须极端的轻,每
次脚踩水的动作也必须完美。在几个月的工作后,
西提和他的学生们终于能够做
出第一个能走在水面上的机械人了。
6.神奇的马勃菌海绵-神气呢!
橘色的马勃菌海绵本身没什么看头,它基
本上就是一个栖息在海床上的海绵球。它没有肢体、没有器官、消化系统、循环系统都没有,就是整天坐在那儿,滤着水。然而这个不出风头的生物,可能是下一个科技革命的催化剂。 丹尼尔摩斯,加州大学圣塔芭芭拉分校的生物学教授,研究的是海绵用的效素法,并于2006年成功复制。他已经使用干凈有效的海绵使用的技术制造许多电极。目前,有几家公司正投入数百万美元成立联盟要商业化类似的产品。在几年后,如果太阳能面板突然出现在美洲的每一个屋顶上,微芯片只要几个钱的时候,别忘了感谢这小小的橘色马勃菌海绵,是它开始了这一切。
7.树蜂-钻洞它最瞭!
别被树蜂尾巴拿两根像鞭子一
样的针吓到。那是钻嘴,不是毒刺。树蜂使用这些有时候比身体还长的针钻进他们下幼虫的树,
英格兰巴斯大学的天文学家认为树蜂的钻子在太空中可以发挥作用。科学家很早就知道要在火星上找出生物来,可能必须做挖掘的动作,但是没有足够的引力,他们不确定如何才能够有足够的压力来钻勘火星
坚硬的地表。从树蜂得到灵感,研究人员设计了一种在尾端带刃的锯子,那会产生反作用力,像树蜂的针一样。理论上来说,这个装置也可以应用在流星表面,因为流星也不具任何引力。
8.龙虾的眼睛-仔细看喔!
X光机体积这么他大是有道理的。不像其
它可见光,x光不会转弯,所以不好操作。在机场和医疗院所我们能够扫描袋子或人的唯一方法是同时将大量的射线打在标的物上,因此需要巨大的设备。
但是龙虾栖息于海平面300英尺下的昏暗的水中,它的X光视力比任何我们的设备都好。不像人类的眼睛看到的反射影像必须经过大脑的转译,龙虾看到直接的反射所集合形成的影像,它可以只聚焦在单一点上。
科学家已
经找到如何复制这个窍门的方法来制造新的x光机。
龙虾眼x光机像一个手拿式的闪光灯,可以透视3寸厚的铁墙。它会发射一小串低功率的x光线透过标的物,少数射线在遇到另一端的其它东西时会反射回来。
9.保命?装死!
复苏性植物和水熊-大自然生物最
韧命的两个典范。这两个微生物存活的秘密在于深度冬眠。它们将身体内所有的水换成变成玻璃的醣,这将导致假死状态。尽管这个程序无法用来维持人类(如果将我们身体里的水分用醣来代替会导致死亡),但是可以用来保存疫苗。
世界卫生组织估计每年会有2百万儿童死于可以以疫苗预防的疾病,
例如白喉、破伤风、百日咳。因为疫苗里的活物质在炙热的温度中很快就会死亡,要安全的运输他们到需要的人手中是一件困难的事。这是他们发明了醣保存法,将疫苗里的活物质硬化成极小的玻璃珠,让疫苗能在闷热的气候中存活超过一个礼拜。
10.大嘴-出奇的轻!
大嘴鸟的嘴这么大这么厚,应该重
到它掉下来。但是大嘴鸟Sam到处飞。那是因为它的嘴是一个令人惊奇的设计。它的嘴硬的能够咬破最硬的水果壳,强壮的能够成为攻击其它鸟的武器。然而大嘴鸟嘴的密度大约就像宝丽龙碗一样而已。
马克梅尔,加州大学圣地亚哥分校的工程学教授,研究为何大嘴鸟的嘴可
以如此轻。第一眼看来,它像脚踏车的安全帽一样,是泡棉用硬壳包起来。但梅尔发现这泡棉是由细小的支架和薄膜构成。支架本身是结实的骨头,但它们以一定的间隔排列着,使得整个嘴的密度只有水的1/8。梅尔想可以复制大嘴鸟的嘴来做出既强壮、轻又安全的汽车仪表板。
二、看看建筑中的仿生
仿生学在建筑设计中应用的非常广泛,它在建筑中的使用实现了大自然、生物、人类生存环境及人的协调发展,体现了人类崇尚大自然的愿望。国家体育场(“鸟巢”)是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计,形态如同孕育生命的“巢”
,它更像一个摇篮,寄托着人类
对未来的希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理,只是坦率地把结构暴露在外,因而自然形成了建筑的外观。
体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜,使屋顶达到完全防水的要求,阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。比赛时,看台是可以通过多种方式进行变化的,可以满足不同时期不同观众量的要求,奥运期间的20,000个临时座席分布在体育场的最上端,且能保证每个人都能清楚的看到整个赛场。入口、出口及人群流动通过流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。鸟巢设计中充分体现了人文关怀,碗状座席环抱着赛场的收拢结构,上下层之间错落有致,无论观众坐在哪个位置,和赛场中心点之间的视线距离都在140米左右。 “鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、钢结构构件上设置的吸声材料,以及场北京29届奥运会体育场鸟巢实景内使用的电声扩音系统,这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6——这个数字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播。“鸟巢”的相关设计师们还运用流体力学设计,模拟出91000个人同时观赛的自然通风状况,让所有观众都能享有同样的自然光和自然通风。
北京鸟巢体育场是中国近代杰出的建筑设计之一,整个体育场结构的组件相互支撑,形成网格状的构架,外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢,其灰色矿质般的钢网透明的膜材料覆盖,其中包含着一个土红色的碗状体育场看在这里,中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈,与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起,不仅式上仿生而且意义非凡,那是一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢!用来孕育与呵护生命的“巢”,寄托着人类对未来的希望。
建筑形式的仿生不仅可以取得新颖的造型,而且往往也能为发挥新结构体系的作用创造出非凡的效果。由于人类对于建筑的概念本身就来源于对世界生物的认识,是从自然形态中进化而来的,因此人类建筑史上对于形式仿生的利用是最为广泛的,这里举一个有例子-北京水立方。这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。中国人认为,没有规矩不成方圆,按照制定出来的规矩做事,就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中,“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”,它与圆形的“鸟巢”——国家体育场相互呼应,相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态,它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求,从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。
如今自然界存在的生物都是经过亿万年的时间经过残酷的生存竞争存活下来的,他们的身体都是在各自的环境中最适合自然地,能够最大限度的利用自然环境,抵抗自然灾害。而我们把这种形状应用在建筑设计中,不但建造出来的建筑更坚固耐用而且外形美观,大方,它们能够更好地与周围环境相互映衬,充分体现了社会的和谐,美好。仿生学的应用使建筑设计更科学、更丰富,也使得建筑更加具有实用性和人性化,使建筑既能节能环保,又能满足人类不断增长的各种需求,特别是在人类资源越来越少的情况下,充分利用仿生学建筑学原理,并将各种途径结合起来,才能综合满足人类。
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程,使它们能适应环境的变化,从而得到生存和发展。人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上,而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物,通过创造性的劳动增加自己的本领。只有将生物界中的自然规律运用在生活中,才能使我们的世界变得更加和谐,使得人与自然,能源更好的相处。
现代社会中的仿生学
人们从大自然中汲取灵感已数十载,高速公路上的反射镜模
拟猫的眼睛.今日我们称模仿自然的科学为生物模仿学,这个领域已经是一个有百万美元产值的产业了。以下列出我们几项来自野外的新仿生科技。
1.鲨鱼皮-最新的导管热
鲨鱼皮,千万年来一直有办法保
持清洁.现在借用鲨鱼皮,感染可能
会绝迹。Sharklet公司生产一种由鲨鱼皮概念而产生的塑料覆盖物。目前正试用在医院里大多数人会摸到的物品表面,像是灯的开关、屏幕、把手。目前为止在防止细菌上似乎是成功的。Sharklet已经有了进一步的计划,他的下一个计划是替常常造成感染的导管做朔胶覆盖物。
2. 蝙蝠魔杖-神奇!
导盲手杖利用回波测试法,跟
蝙蝠用来探测环境的知觉系统相同。每秒它可以释放6万个超音波,并感应回弹的波长。当某些回来快一点,那意味着有某个物体在附近,此时手杖的把手就会震动。采用这个技术,不仅可以看见在地面上的物体,如空罐子或消防栓,还可以侦测地面以上的物体,如低挂的号志和树枝。手杖的输入及回报系统是无声的,因此使用者可以同时听到周遭的所有声音。
3. 火车整了形-因为鸟!
当1964年日本建造第一部日本
新干线子弹列车的时候,它能够以每小时120公里快速行驶。但这么快有一个恼人的副作用:每当列车高速行驶于隧道时,会产生轰隆隆的声音。当工程师兼鸟类爱好者Eiji Nakatsu加入后,他实验了不同的列车车头形状,他发现目前为止以像鱼狗喙的形状的最好。今日日本的高速列车长长的,像鸟嘴一般的车头的形状可以帮助列车安静地快速驶离隧道。事实上,这样的设计让列车相较于之前的设计速度上快了百分之十,也节省了百分之十五的燃料。
4.鲸的前鳍——神奇能量的秘密!
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,这突起应该会妨碍前鳍的运动。根据研究,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。
5.机械蛇怪蜥蜴能干吗?
蛇怪蜥蜴能在水上走,更正确地
说是跑!比昆虫大很多的蛇怪蜥蜴之所以能够停留在水上靠的是它的脚以正确的角度像骑脚踏车般的踩动着。所以身体能够高出水面,往前快跑。
2003年,卡内基美隆大学的机械人学教授梅庭西用蛇怪蜥蜴做为不可思议的生物机械学的例子时,他突然想到是否能模仿相同的技巧制造一个机械人呢?这并不是一件简单的事。不但马达必须极端的轻,每
次脚踩水的动作也必须完美。在几个月的工作后,
西提和他的学生们终于能够做
出第一个能走在水面上的机械人了。
6.神奇的马勃菌海绵-神气呢!
橘色的马勃菌海绵本身没什么看头,它基
本上就是一个栖息在海床上的海绵球。它没有肢体、没有器官、消化系统、循环系统都没有,就是整天坐在那儿,滤着水。然而这个不出风头的生物,可能是下一个科技革命的催化剂。 丹尼尔摩斯,加州大学圣塔芭芭拉分校的生物学教授,研究的是海绵用的效素法,并于2006年成功复制。他已经使用干凈有效的海绵使用的技术制造许多电极。目前,有几家公司正投入数百万美元成立联盟要商业化类似的产品。在几年后,如果太阳能面板突然出现在美洲的每一个屋顶上,微芯片只要几个钱的时候,别忘了感谢这小小的橘色马勃菌海绵,是它开始了这一切。
7.树蜂-钻洞它最瞭!
别被树蜂尾巴拿两根像鞭子一
样的针吓到。那是钻嘴,不是毒刺。树蜂使用这些有时候比身体还长的针钻进他们下幼虫的树,
英格兰巴斯大学的天文学家认为树蜂的钻子在太空中可以发挥作用。科学家很早就知道要在火星上找出生物来,可能必须做挖掘的动作,但是没有足够的引力,他们不确定如何才能够有足够的压力来钻勘火星
坚硬的地表。从树蜂得到灵感,研究人员设计了一种在尾端带刃的锯子,那会产生反作用力,像树蜂的针一样。理论上来说,这个装置也可以应用在流星表面,因为流星也不具任何引力。
8.龙虾的眼睛-仔细看喔!
X光机体积这么他大是有道理的。不像其
它可见光,x光不会转弯,所以不好操作。在机场和医疗院所我们能够扫描袋子或人的唯一方法是同时将大量的射线打在标的物上,因此需要巨大的设备。
但是龙虾栖息于海平面300英尺下的昏暗的水中,它的X光视力比任何我们的设备都好。不像人类的眼睛看到的反射影像必须经过大脑的转译,龙虾看到直接的反射所集合形成的影像,它可以只聚焦在单一点上。
科学家已
经找到如何复制这个窍门的方法来制造新的x光机。
龙虾眼x光机像一个手拿式的闪光灯,可以透视3寸厚的铁墙。它会发射一小串低功率的x光线透过标的物,少数射线在遇到另一端的其它东西时会反射回来。
9.保命?装死!
复苏性植物和水熊-大自然生物最
韧命的两个典范。这两个微生物存活的秘密在于深度冬眠。它们将身体内所有的水换成变成玻璃的醣,这将导致假死状态。尽管这个程序无法用来维持人类(如果将我们身体里的水分用醣来代替会导致死亡),但是可以用来保存疫苗。
世界卫生组织估计每年会有2百万儿童死于可以以疫苗预防的疾病,
例如白喉、破伤风、百日咳。因为疫苗里的活物质在炙热的温度中很快就会死亡,要安全的运输他们到需要的人手中是一件困难的事。这是他们发明了醣保存法,将疫苗里的活物质硬化成极小的玻璃珠,让疫苗能在闷热的气候中存活超过一个礼拜。
10.大嘴-出奇的轻!
大嘴鸟的嘴这么大这么厚,应该重
到它掉下来。但是大嘴鸟Sam到处飞。那是因为它的嘴是一个令人惊奇的设计。它的嘴硬的能够咬破最硬的水果壳,强壮的能够成为攻击其它鸟的武器。然而大嘴鸟嘴的密度大约就像宝丽龙碗一样而已。
马克梅尔,加州大学圣地亚哥分校的工程学教授,研究为何大嘴鸟的嘴可
以如此轻。第一眼看来,它像脚踏车的安全帽一样,是泡棉用硬壳包起来。但梅尔发现这泡棉是由细小的支架和薄膜构成。支架本身是结实的骨头,但它们以一定的间隔排列着,使得整个嘴的密度只有水的1/8。梅尔想可以复制大嘴鸟的嘴来做出既强壮、轻又安全的汽车仪表板。
二、看看建筑中的仿生
仿生学在建筑设计中应用的非常广泛,它在建筑中的使用实现了大自然、生物、人类生存环境及人的协调发展,体现了人类崇尚大自然的愿望。国家体育场(“鸟巢”)是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计,形态如同孕育生命的“巢”
,它更像一个摇篮,寄托着人类
对未来的希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理,只是坦率地把结构暴露在外,因而自然形成了建筑的外观。
体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜,使屋顶达到完全防水的要求,阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。比赛时,看台是可以通过多种方式进行变化的,可以满足不同时期不同观众量的要求,奥运期间的20,000个临时座席分布在体育场的最上端,且能保证每个人都能清楚的看到整个赛场。入口、出口及人群流动通过流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。鸟巢设计中充分体现了人文关怀,碗状座席环抱着赛场的收拢结构,上下层之间错落有致,无论观众坐在哪个位置,和赛场中心点之间的视线距离都在140米左右。 “鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、钢结构构件上设置的吸声材料,以及场北京29届奥运会体育场鸟巢实景内使用的电声扩音系统,这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6——这个数字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播。“鸟巢”的相关设计师们还运用流体力学设计,模拟出91000个人同时观赛的自然通风状况,让所有观众都能享有同样的自然光和自然通风。
北京鸟巢体育场是中国近代杰出的建筑设计之一,整个体育场结构的组件相互支撑,形成网格状的构架,外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢,其灰色矿质般的钢网透明的膜材料覆盖,其中包含着一个土红色的碗状体育场看在这里,中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈,与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起,不仅式上仿生而且意义非凡,那是一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢!用来孕育与呵护生命的“巢”,寄托着人类对未来的希望。
建筑形式的仿生不仅可以取得新颖的造型,而且往往也能为发挥新结构体系的作用创造出非凡的效果。由于人类对于建筑的概念本身就来源于对世界生物的认识,是从自然形态中进化而来的,因此人类建筑史上对于形式仿生的利用是最为广泛的,这里举一个有例子-北京水立方。这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。中国人认为,没有规矩不成方圆,按照制定出来的规矩做事,就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中,“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”,它与圆形的“鸟巢”——国家体育场相互呼应,相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态,它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求,从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。
如今自然界存在的生物都是经过亿万年的时间经过残酷的生存竞争存活下来的,他们的身体都是在各自的环境中最适合自然地,能够最大限度的利用自然环境,抵抗自然灾害。而我们把这种形状应用在建筑设计中,不但建造出来的建筑更坚固耐用而且外形美观,大方,它们能够更好地与周围环境相互映衬,充分体现了社会的和谐,美好。仿生学的应用使建筑设计更科学、更丰富,也使得建筑更加具有实用性和人性化,使建筑既能节能环保,又能满足人类不断增长的各种需求,特别是在人类资源越来越少的情况下,充分利用仿生学建筑学原理,并将各种途径结合起来,才能综合满足人类。
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程,使它们能适应环境的变化,从而得到生存和发展。人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上,而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物,通过创造性的劳动增加自己的本领。只有将生物界中的自然规律运用在生活中,才能使我们的世界变得更加和谐,使得人与自然,能源更好的相处。