植物仿生学的例子

仿生设计学,亦可称之为 设计仿生学（Design Bionics）,它是在 仿生学和 设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科。

生命、植物等 自然形态以其 自身的丰富性，向我们展现着无限的美。这种高度感性的美的存在，常被 设计师作为借鉴的对象。

人类在 古老的年代似乎就认识到能从自然 生态系统中领悟到自身生存、发展、进步的真谛。人类从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾 中国的古文明史，不难看到人们较早就留下了模仿自然生态的痕迹。

从 公元前三千多年，我们的祖先巢氏模仿鸟类在树上营巢，到春秋战国时期的鲁班借鉴草叶的齿形边缘设计的第一把木锯，从仰韶文化的以鱼纹为著的动物形象和动物纹样为装饰的半坡彩陶；到现实生活中以各种动物形态为原型的实用器皿，如牛角杯、猪形杯、鹰形壶等。外国的文明史上，也有很多仿生的案例：如泰尔从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示发明的锯子；达芬奇设计的最原始的人类第一架飞行器等等。

大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性模仿。

到了现代，由于人口的不断增加，资源消耗量的不断增大，加上交通、通信事业的飞速发展，人类生产活动和社会活动的范围不断扩大，资源开发利用突破了区域界限和国界，资源配置向国际化和全球性发展。由此而引起了一系列的全球性问题：环境破坏、生态失衡、能源枯竭，人类意识到重新认识自然，探讨与自然更加与谐的生存方式的高度紧迫感，亦认识到 仿生设计学对人类未来发展重要性。特别是在一九六Ο年秋，在美国俄亥俄州召开第一次仿生学讨论会，成为仿生学正式诞生之日。

此后，仿生技术取得飞跃的发展，并获得广泛的应用。 仿生设计亦随之获得突飞猛进发展，一大批仿生设计作品如智能机器狗和雷达、 声纳、 人工脏器、自动控制器、自动导航器等等应运而生。

奥运赛场上的“黑科技”

奥运赛场上的“黑科技”， 随着对体育事业的持续投入和越来越科学的训练，现在的世界纪录基本已经接近人类极限了，破世界纪录这件事情变得越来越困难。 高科技运动装备，正在吸引更多眼球。

北京时间13日凌晨，我国获得了场地自行车女子团体竞速赛冠军。两位中国姑娘，戴着中国风运动头盔，收获了我国自行车奥运历史上的首枚金牌。

除了头盔，吸引观众注意力的，还有姑娘们脚下的自行车。这种自行车只有一个齿轮，无闸，科技含量颇高，目的就是让运动员们能“快到飞起”。

高科技运动装备，正在吸引更多眼球。国家体育总局体育科学研究所副研究员、北京国体科技开发服务中心总经理黄希发博士一直在关注奥运赛场上的“黑科技”。他内心最迫切的期待，是能有更多中国企业参与到竞技体育科技产品的研发中来。

更多高科技装备用于日常运动训练

本届奥运会，排球赛场上动用了鹰眼系统，解决可能出现的争议；长距离游泳比赛的泳池底下，用上了LED显示屏，贴心告诉运动员他们还剩多长距离到达终点；射击赛场使用了激光电子靶系统，数据精度进一步提升……奥运会台前幕后，各路炫酷玩意儿悉数登场。如果把他们集齐了，大概也能再顺便开一场科技博览会。

当然，这些只是竞技体育科技产品的冰山一角。

更多更“狠”的科技手段，用在了运动员日常训练中。所谓“知己知彼、百战不殆”，运动员要了解自己和对手的实力；教练团队也要掌握运动员的技术特点、体能状况，制定科学训练方案。一块奖牌的背后，是一整套科学训练体系。

“我们用得最多的就是视频分析技术。”黄希发表示，现在主流视频采集频率为每秒50帧，如果对特定行为点进行分析，则能以每秒500—1000帧的高速摄像对运动员动作进行捕捉和采集，并分析运动员各项细节的技术指标。他记得，当年刘翔的教练团队，用摄像机捕捉其动态，将刘翔在110米栏训练中的跑动全程制成一张图。他们看着满图的“刘翔”，分析他每个关键节点的动作做得是否到位。

体育装备发展趋势：智能化和隐形化

科技的进步，确实曾带来体育成绩的大幅提升。1963年,由于玻璃钢撑杆的使用,撑杆跳高项目成绩的提升幅度超过过去20年的总和。然而到了现在，在材料改善和人体工学设计优化上，运动装备的改进幅度已到达极限。除非使用新材料，否则很难再有革命性的变化。

与此同时，智能化也成为运动装备界的一股新潮流。近几年来，可穿戴设备已成为专业运动员训练中的助手。黄希发介绍，在足球训练中，运动员会穿上内置传感器的背心，教练团队就能监测他们的跑动距离、跑动速度、跑动轨迹和心率等多项数据。

黄希发判断，未来可穿戴设备会更加隐形化，甚至成为衣物的一部分。这些设备未来不仅可以“被动记录”数据，还能对运动员施加“主动刺激”，提升他们的兴奋度。

在体育科技上，我国也在“憋大招”。

比如这次出现在奥运赛场上的激光电子靶，就不算新鲜。国内已有相关公司研发了具有国际知识产权的激光电子靶系统。再如游泳项目，一直采用的是欧米茄公司的视频图像计时判断系统。黄希发透露，体科所、国体科技正合作研发视频图像触壁计时判断系统和游泳水下动作分析系统，相关软硬件今年年底就能在游泳队中测试运行。

大众体育发展也能提升竞技体育科技范儿

图片来自网络

北京国体科技开发服务中心市场经理何聪坦言，在可穿戴设备这方面，我国企业确实研发出了不错的.产品。但是在算法上，还是国外企业更胜一筹。“他们一款设备能分析的指标，多达300余项；国内公司如果能分析到40多项，就已经相当不错。”技术上，我国和国外不是没有差距。

在大众健身领域，中国企业表现可圈可点。但是，由于受众群体相对局限，我国竞技体育运动装备发展步伐确实不如国外。

“以前是各玩各的。体育人自己玩体育、自己做科研，社会力量参与相对较少。现在提倡‘互联网+’，一些大公司也在介入，单打独斗的局面正在改变。”黄希发说。

何聪说，当体育是少数人的“游戏”时，鲜有企业愿意费心去研究体育装备；而当体育真正大众化，瞅准了商机，企业也就愿意投入。这投入的成果，应用到大众体育的同时，加以升级，也能用到竞技体育。当然，也可以走“自上而下”路线，企业先在竞技体育中谋求一席之地，将运动装备“减配”后再推而广之。

“随着体育产业的发展，再借着这次奥运会的东风，我相信越来越多的企业会进入运动装备研发领域，形成井喷式的发展态势。”黄希发展望道。

随着对体育事业的持续投入和越来越科学的训练，现在的世界纪录基本已经接近人类极限了，破世界纪录这件事情变得越来越困难。

想取得更好的成绩，除了埋头苦练之外，大家还把目光投向别的途径，例如高科技装备。

我们来看看近年来，在奥运会上出现过的一些高科技装备。

兴奋剂

兴奋剂这个臭名昭著的玩意，虽然属于“高科技”，但严格来说不算是装备，但必须提一嘴。

在上个世纪的20年代，奥运会赛场上便出现了兴奋剂，当时的运动员还一度以使用兴奋剂为荣。

在冷战期间，美苏争霸同样延伸到奥运赛场上，为出成绩，美苏运动员争相使用兴奋剂，兴奋剂的使用达到了巅峰。这使得比赛失去了公平，严重违背了奥林匹克的精神。越来越多的有识之士认识到这一点，在1988年汉城奥运会成为了反兴奋剂转折点，此后兴奋剂检测技术取得巨大进步，来到了2021年这个时间点，反兴奋剂的工作取得很大的成就，但并没有完全杜绝。

鲨鱼皮泳衣

鲨鱼皮泳衣首次出现在2000年的悉尼奥运会上，澳大利亚名将索普身着此款泳衣收获三枚金牌。据称这款泳衣可使游泳选手的速度增加3%，而这只是第一代鲨鱼皮泳衣，日后还研发到第四代。

鲨鱼皮泳衣是仿生学应用上一个成功的案例。科学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游动。鲨鱼皮泳衣超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。

在鲨鱼皮泳衣盛行的时间里，各项游泳的世纪记录屡屡被破，其中最大的受益者便是美国的传奇游泳健将菲尔普斯，在鲨鱼皮泳衣的加持下，狂揽23枚奥运金牌，前无古人，相信也很难有来者。

事情的转折点在2019年，7月28日，菲尔普斯在游泳世锦赛200米自由泳决赛中被穿更先进的鲨鱼皮泳衣的德国选手比德尔曼击败，菲尔普斯的神话被终结。后来，在强大的舆论压力中 国际泳联于2009年7月底作出了决定：“从2010年起禁止在比赛中使用高科技泳衣”。

特制比赛服

美国的Marion Jones和澳大利亚的Cathy Freeman等短跑明星，使用耐克公司所开发的特制赛跑服。这种赛跑服非常圆滑，带有头罩，可盖住短跑选手面部和手脚之外的所有部位。这样可以对 肌肉起到保温和压缩的作用，提高选手的短跑成绩。

澳大利亚马拉松选手Steve Moneghetti穿着一种用再生软饮料瓶制成的短裤和背心参加比赛，据生产商耐克公司称，这种材料比其它织物更凉爽。

美国橄榄球和排球队的队服甚至借用了NASA的技术。这种运动服的内置网格结构能够吸收热量，并且快速将热量排到空气之中。

耐克公司也为许多运动员提供抗空气阻力运动服，帮助短跑运动员减少空气阻力，达到成绩提升的目的。设计过程用到了风洞测试和3D打印等新技术。

当然，我们中国队也不是毫无作为，国家田径队的队服采用了耐克的AeroBlades技术，该技术在运动服的腿部和手臂两侧增加了一个一个的“小三角”，在运动员运动时，这些不起眼的小三角可以“调节人周围的气动力环境，进而减少人体阻力”。

此外，中国队的运动服据称也采用了黑科技——这种运动服的材质可有效提升静脉回流，减少血液瘀滞，加速新陈代谢并实现短期的人体能量恢复。

特制跑鞋

奥运会百米赛跑冠军Donovan Bailey穿上阿迪达斯公司生产的特制跑鞋。据称，这种特制跑鞋有一个坚硬的金属板，可使人类的脚趾在赛跑时，像美洲豹的爪子一样保持僵硬。

美国短跑选手Trayvon Bromell穿的是新百伦3D打印的带钉跑鞋，肯尼亚短跑选手David Rudisha穿着的是阿迪达斯的Adizero MD跑鞋，这些跑鞋的共性是，质量更轻，强度更高，能够提 升跑步时稳定性和速度。

LumiWave可穿戴治疗仪

LumiWave是一款红外线可穿戴治疗仪，可以使用微光疗法帮助患者减轻疼痛，尤其对于拉伤、扭伤以及关节炎症非常有效，用后患者可以快速恢复。早在2004年，LumiWave就开始在奥运团队内部普及。

具体来说，该设备配有50个红外线LED灯，当运动员把LumiWave戴在身上，该设备会发射脉冲信号从而促进运动员伤患处的血液循环，进一步提升人体一氧化氮的释放，最终加快个体细胞的复原。

Solos智能眼镜

Solos智能眼镜这是一款跟谷歌眼镜类似的智能设备，它在骑行运动员中非常受欢迎，目前在美国自行车车队已经开始普及。

具体来说，这款外观上很普通的眼镜针对自行车选手进行了调整，内置心率传感器，可监测运动员的心率、燃烧热量，也能提供实时导航以及电话功能。与谷歌眼镜一样，Solos的显示屏会直接投射在眼镜的镜片上，将运动量化，然后再根据运动员的状态相应给出个性化建议，从而帮助运动员调整节奏和速度。

果冻头套

花样游泳是奥运众多项目中最赏心悦目的项目之一，选手们的形象非常重要。如果头发一入水不幸散开，披头散发的就有损形象了。而使用普通发胶效果并不显著，但这并难不倒聪明的运动员，她们使用的居然是果冻！

姑娘们用的“果冻”其实是不含糖分的果冻粉剂—凝胶。凝胶是没有流动性质的半固体状稠厚物质。比赛前，要将凝胶用温水搅合，再用刷子一层层地往头上刷，直到每根头发都被凝胶完全固定。

“冷冻舱”

“冷冻舱”能逐渐将温度降低至-140摄氏度，运动员要穿上特殊的袜子、内衣和耳罩进入一个狭小的房间，这个小房间逐渐被移进更冷、然后是最冷的舱室当中，极致的低温让运动员的血管变得狭窄，血液的流动和新陈代谢变缓，运动员两分钟后离开冷冻舱，他们的血管会膨胀到平常时的4倍大小，血液带着更多的氧气在身体内循环，受损或过度劳累的组织和关节都能得到治疗，同时，内啡肽在低温的情况下受到抑制，这对止痛效果非常好。”由于对体能恢复效果显著，冷冻恢复法”应用在一些从事长跑、游泳等耐力项目上。

“高原帐篷”

“高原帐篷”是一个能起到类似于高压氧舱作用的大帐篷，这个大帐篷有一套氧气循环系统，通电工作时，帐篷内含氧量较外界环境有所降低。这个大帐篷能够在平原上模拟出高原训练的环境。高原训练能够让运动员的心肺功能变得强大，但通常情况下，回到平原地带大约三周，运动员的状态就会有不同程度的下滑。既能保证高原训练质量又能避免状态下滑的办法就是使用“高原帐篷”。

1、蝙蝠与雷达

蝙蝠会释放出一种超声波，这种声波遇见物体时就会反弹回来，而人类听不见。雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。在各种地方都会用到雷达，例如：飞机、航空等。

2、人工冷光

在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。

萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。

3、伏特电池

自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。

各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压，而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。

4、斑马

斑马生活在非洲大陆，外形与一般的马没有什么两样，它们身上的条纹是为适应生存环境而演化出来的保护色。在所有斑马中，细斑马长得最大最美。

它的肩高140-160厘米，耳朵又圆又大，条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共处，以抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例子。

5、昆虫与仿生

昆虫个体小，种类和数量庞大，占现存动物的75%以上，遍布全世界。它们有各自的生存绝技，有些技能连人类也自叹不如。人们对自然资源的利用范围越来越广泛，特别是仿生学方面的任何成就，都来自生物的某种特性。

参考资料来源：百度百科-仿生学

1、雷达是根据蝙蝠的特性发明出来的。

蝙蝠会释放出一种超声波，这种声波遇见物体时就会反弹回来，而人类听不见，雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。在各种地方都会用到雷达，例如：飞机、航空等。

2、直升飞机是根据蜻蜓的结构基础研制成的。

蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时。此外，蜻蜒的 飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。

飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。

3、蝇眼照相机是根据苍蝇的眼睛制成的。

苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360。范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照相机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。

4、小型气体分析仪是根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能发明的。

苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。

若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。

仿生学家由此得到启发，把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。

5、日光灯是人们根据对萤火虫的研究创造的。

科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。

科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

扩展资料：

人们研究生物体的结构与功能工作的原理，并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技，创造出适用于生产，学习和生活的先进技术，这就是仿生学。

仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。这个词语大约从1961年才开始使用。

某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。

参考资料来源：

百度百科-仿生学