来自动物灵感的仿生设计有哪些
什么是仿生设计
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。经过亿万年的进化,生物逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类运用其观察、思维和设计能力,开始了对生物的模仿,并制造出工具,增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
仿生设计
早期的仿生设计
随着人类的不断进化,在我国古代就已经有了仿生设计,春秋战国时代鲁国匠人鲁班从能划破皮肤的带齿草叶得到启示而发明了锯子。古人还通过仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹,用木材做成鱼形的船体。
锯齿草叶
在外国文明史上,大致也经历了相似的过程。1800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。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。
空气动力测试
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。在一战时期,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。
防毒面罩
超科技仿生设计
人类不断进化的同时也不断刷新着我们对科技的认知,并且越来越超科技化,这一切离不开仿生学,蝙蝠机器人 BionicFlyingFox 原型是狐蝠,通过集成电子板和外置运动追踪系统的配合,人造狐蝠能够在特定空间内实现半自主飞行。
仿生机器蝙蝠上面绷了一层有弹性的翼膜,一直延伸到后肢。它的两翼展开宽度为 228 厘米,体长为 87 厘米,整体仅重 580 克。专门研制的翼膜通过约 45000 个点紧密地焊接在一起,所以具有足够的弹性,即使在收起双翼时,也几乎没有褶皱。蜂窝结构可以防止裂纹进一步扩大,即使翼膜出现轻微损伤,仍能继续飞行。
仿生机器蝙蝠
仿生机器蝙蝠
通过运动追踪系统和红外相机以及必要的控制指令,人们可以规划机器蝙蝠的飞行轨迹,并手动控制它的起飞与降落。
仿生机器蝙蝠
除此之外,美国还研发了很著名的机器狗与极微型侦察机器昆虫等等。
仿生机器昆虫
现代仿生设计
上面的仿生蝙蝠机器,仿生狗机器等离我们的生活比较远,其实我们生活中的仿生学随处可见。飞机,座椅,鞋等等都有着仿生设计的影子。
其实飞机的设计中有很多原理都来源于仿生学,机翼曲线源于鸟类,科学家从蝙蝠身上给飞机安装了雷达,鹰和隼的身上研发出了如何减小阻力,通过乌贼研发了喷气发动机,其中还有很多设计仿生于蝴蝶,苍蝇,鲨鱼等等。
飞机
不得不说,飞机的身上可谓到处是“生物”的身影。
黑鸟SR71
就连一些椅子,同样也是仿生设计,仿生设计为我们带来了工具,而人体工学设计是为了人的舒适与健康的产物,这两者结合为人类带来了科技与健康的结合,我们看到人体工学家具品牌「达宝利」设计的龙骨椅就是人体工学结合仿生设计。
达宝利龙骨椅
达宝利龙骨椅
人在久坐和出现不良坐姿时,腰和脊椎会受到一定挤压和变形,仿脊椎式座椅就是借鉴人类的骨结构,给你一个承托,让坐姿更健康更舒适。
达宝利龙骨椅
达宝利龙骨椅
2005年,Vibram首次在美国和欧洲推出Fivefingers(Vibram五指鞋)。堪称真正的“第二层皮肤”,其个性化的鞋头就是模仿于人类的五个“脚趾”,五指鞋不仅可以刺激脚底肌肉,促进血液循环,还能改善活动范围,尤其适合从事徒步旅行、攀爬、健身等运动,是目前世界上唯一能提供赤脚般走路带来无尽快乐的鞋子。
五指鞋
我们正生活在一个创造性的世界。
END
1、蝙蝠与雷达
原理:蝙蝠“回声定位”。
蝙蝠本领:蝙蝠发射出的超声波碰到飞舞的昆虫能立刻反射回来,这时,蝙蝠就知道:周围有吃的了。
仿生运用:根据蝙蝠发明的雷达能及时探测出敌机的方位和距离,以便发出警报,然后进行狙击。
2、苍蝇与照相机
原理:苍蝇复眼。
苍蝇本领:苍蝇复眼观察物体比人类还要仔细和全面,当看到目标后,苍蝇能够立刻出动。
仿生运用:根据苍蝇复眼原理发明的“蝇眼”航空照相机一次能拍摄1000多张高清照片。天文学也有能在无月光的夜晚探测到空气簇射光线的 “蝇眼”光学仪器。
3、蝴蝶与防伪纸币
原理:蝴蝶翅膀颜色根据光的折射发生变化。
蝴蝶本领:蝴蝶翅膀上有很多小坑,当阳光照射在蝴蝶翅膀上的时候,由于发生光的折射,人眼看到的蝴蝶是绿色的。
仿生运用:纸币或信用卡上设置了许多小坑,这样,无论假币有多么逼真,都难逃光学设备的“法眼”。
4、萤火虫与人工冷光
原理:萤火虫自带“发光器”。
萤火虫本领:萤火虫自身的荧光素和荧光酶与氧气发生反应,将化学能转化成光能。氧气越充分,萤火虫发出的光越强烈。
仿生运用:由荧光素和水等一些物质混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中充当闪光灯,且不会引爆瓦斯。
5、电鱼与伏特电池
原理:电鱼发电原理。
电鱼本领:电鱼体内有一种奇特的发电器官,它由许多叫电板或电盘的半透明盘形细胞构成。
仿生运用:以电鱼发电器官为模型设计了世界上最早的伏打电池,这种伏打电池被叫做“人造电器官”。
2、从萤火虫到人工冷光;
3、电鱼与伏特电池;
4、水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪
5、人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。
6、根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。
7、模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。
3.电鱼与伏特电池;
4.水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义.5.人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼.这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体.把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高.这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等.特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真.电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上.在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报.在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生.6.根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”.这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等.如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成.7.模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气.8.根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机.9.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子.10.屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲.11.船桨模仿的是鱼的鳍.12.锯子学的是螳螂臂,或锯齿草.13.苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣.14.嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路.15.壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景.16.贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上.