1、生物的启示,乔昕,薄壳结构,人们发现，蛋壳、蚌壳本身的很薄的，但是这样的外形结构却使它们变得坚固起来。建筑师们从中得到启发，设计出了省工省料、优美轻便的薄壳结构。 从外观看，这些薄壳结构有的像半球形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美观的弧形。尽管它们形态各异，却都有着共同的力学特征。薄壳结构在受到外力的作用时，能够把力沿着整个壳体表面向四周均匀传递，使壳体上单位面积受的力并不大。更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。建筑物垮塌不是建筑物每一处都承受不住力了，而往往是有一处不能承受重压而导致整个建筑物垮掉，所以，薄壳结构这个特点很重要。 因为薄壳结构能够承受很大的压力，所以建
2、筑师们用它们做成很大、很薄的屋顶。这不但减轻屋顶重量，节约大量材料，而且内部可以空间很大而又没有柱子，所以大型建筑如大厅、体育场馆很多首选薄壳结构。 薄壳结构在很多体育场、会场中能见到，如日本的代代木体育场。就是它的顶面像凸起的贝壳，看上去很薄但实际的承受能力很大。 建筑结构中没有实心结构，但是通常把钢砼或砼等材料称为实心结构。 框架结构是指由板和柱为主要受力结构的建筑，普遍用于中高层普通住宅。,1903年，美国人威尔伯莱特（1867-1912年）和奥维尔莱特（1871-1948年）第一次制成了一架简陋的动力飞机“飞行者”号。它是一架以轻质木材为骨架，帆布为基本材料的双翼飞机。用12匹马力的汽
3、油机推动螺旋桨，能使飞机速度达50千米/小时。在第一次试飞时，弟弟奥维尔驾驶“飞行者”号飞行了120英尺，在空中时间为12秒。这是人类历史上第一次成功的载人飞行，时间是1903年12月17日上午10时35分。长期以来，人们向往着像鸟儿那样在天空飞翔的梦想终于成了现实。 莱特兄弟是怎样发明以内燃机为动力的载人飞机的呢？他们经常仰躺在地上，连续几小时研究老鹰的飞行，看它们怎样起飞，怎样升降，怎样盘旋。他们还认真地学习数学，钻研空气动力学，又吸取了前人的经验教训，大胆创造，把内燃机作为强大的飞行动力，终于获得了成功。,鸟和飞机,植物的启示,有些植物的叶子很薄很大、很长，但能挺拔地伸展在空中。这是为什
4、么呢？如果仔细观察可以发现，这些植物叶子的边缘常是卷曲的，甚至卷成筒形，依靠这种形状，增加了叶的强度，使叶能挺拔生长。根据这种原理，人们发明了筒形叶桥，既坚固又节省材料。,春秋战国时期，我国有一位创造发明家叫做鲁班。两千多年来，他的名字和有关他的故事，一直在人民当中流传着，后代土、木工匠都尊称他为祖师。 鲁班大约生于公元前507年，本姓输，名班。因为他是鲁国人，所以人们尊称鲁班。有的书上写作公输般或供输盘。他主要是从事木工工作。那时人们要使树木成为既平又光滑的木板，还没有什么好办法。鲁班在实践中留心观察，模仿生物形态，发明了许多木工工具，如锯子、刨子等。鲁班是怎样发明锯子的呢？相传有一次他进深
5、山砍树木时，一不小心，手被一种野草的叶子划破了，他摘下叶片轻轻一摸，原来叶子两边长着锋利的齿，他的手就是被这些小齿划破的，他还看到在一棵野草上有条大蝗虫，两个大板牙上也排列着许多小齿，所以能很快地磨碎叶片。鲁班就从这两件事上得到了启发。他想，要是这样齿状的工具，不是也能很快地锯断树木了吗！于是，他经过多次试验，终于发明了锋利的锯子，大大提高了工效。,鲁班和锯子,生长在海洋中的一类软骨鱼 电鳐，它能放电，如果人在海洋中遇到它，身体会像受到剧烈打击一样，突然战栗起来。这就是电鳐体内“活的发电机”在放电。人们从电鳐身上受到启示，发明了发电机。,蝙蝠的启示,蝙蝠是夜间活动的动物，在伸手不见五指的黑夜，
6、蝙蝠能在空中、树林中、山洞里自由飞翔，捕食飞虫。是不是蝙蝠的视力特别好呢？据观察蝙蝠的视力特别差，不是靠眼来识别方位和周围物体的，而是靠自身发出的超声波来定位、识别物体的。它在飞行中，从嘴、鼻发出人听不见的声波超声波，超声波能向着一个固定的方向快速传播，遇到障碍就会返回，被蝙蝠的耳朵接受。根据声波返回的时间及其他方面的情况，蝙蝠就能判断前面有什么物体及有多远，是食物，捕捉；是障碍，躲开。根据这个原理，人们发明了雷达。雷达是利用无线电波发现目标并测定方位的设备。雷达主要由发射机、天线、接收机和显示器四部分组成。发射机通过天线向空中定向发射电波，电波如果在空中遇到障碍飞机、导弹、云层等，就会反射回
7、来，被天线接收，经接收机的放大、加工，在显示器的荧光屏上显示出障碍物的种类、方位、距离。雷达广泛应用在航空、航天、军事、天气预报等方面。,昆虫的启示,昆虫的每只眼睛由很多小眼构成，叫做复眼。它们在看周围的物体时，在眼里可以同时形成很多的像。人们仿照昆虫眼睛的构造，发明了多镜头照相机和多镜头摄像机，一次可以拍成很多张像。这在摄影、摄像以及其他方面有很大用途。,带锯刺的小草和锯子,带锯刺的小草和锯子 相传我国古代的著名工匠鲁班，他在土木工程方面有许多创造发明。有一次，鲁班上山伐木被野草划破了手。他摘下草叶轻轻一摸，发现叶子边缘有许多锋利的小齿。于是鲁班就在铁片上做出小齿，经过反复试验和改进，终于发
8、明了当时急需的木工用锯子。,飞蓬草和轮子,蓬草和轮子 飞蓬草是菊科植物，生长在山坡、草地、牧场或林带边缘。它的茎直立高达60厘米。由于它枯后根断，遇风飞旋，因此叫飞蓬。传说古人是受飞蓬的启示后发明轮子的。,蛋壳和屋顶,蛋壳和屋顶 蛋壳呈凸曲面，凸曲面能把外力沿着曲面均匀地分散开来，避免应力集中。因此，能抵挡很大的外来压力。人们从蛋壳等生物的凸曲面壳体表现出来的良好抗压能力受到启发，设计了薄壳结构屋顶。北京火车站的大厅、上海动物园的象房等建筑，都采用了薄壳屋顶。,海豚和潜水艇,海豚和潜水艇 海豚是游泳能手，时速可达53千米，在追捕食物和逃避敌害时，速度还能增大一倍。主要原因是海豚的体形呈良好的流
9、线型，还有特殊的皮肤结构像个很好的消振器，所以海豚在水中受到的阻力很小。现代潜艇的外形很像海豚，还在潜艇表面上覆盖人造海豚皮，使潜艇在水中受到的阻力至少降低一半，使潜艇的速度大大提高，也节约了燃料。,杉树和电视塔,杉树和电视塔 云杉为适应山上长年累月的狂风袭击，树干底部显著增粗，形成圆锥形。人们模仿云杉对大风的适应，把建造在风速达80米/秒山顶上的电视塔设计成类似圆锥体，就能抵抗住大风袭击。,飞机和蜻蜓翅膀,飞机和蜻蜓翅膀 蜻蜓在长期的进化中有一种抗颤振的结构，那就是在翅膀末端前缘长有“翅痣”，如果把它们切除，蜻蜓就飞不好。现代飞机机翼末端前缘也有类似的“配重区”，用来消除颤振。,狗鼻和电子鼻
10、,狗鼻和电子鼻 狗的嗅觉十分灵敏，它的嗅觉比人灵敏100万倍。现在人们已研制成功比狗鼻灵敏1000倍的电子鼻。电子鼻是一种气体检测器。各种电子鼻的构造、原理、灵敏度不尽相同。它常被用来检验化学物品，鉴别食物好坏，测定空气污染程度，分析密闭舱的气体成分，甚至用来帮助医生诊断疾病。此外，高分辨力、高灵敏度的电子鼻还可用来代替警犬，进行侦缉、反毒、防卫、救援等工作，因此也叫电子警犬。,仿生学是向生物学习的科学，是人们有意识地将自然原理加以推广应用的一种思维方法。 从生物的结构想到人工产品的结构人们创造了类似茅草的锯子，制成了类似蛋壳的屋顶，建成了类似大树的电视塔。 从生物的行为中得到启示学者们研究袋
11、鼠的育儿行为（把幼鼠放进育儿袋中），美国医学家研制出模仿袋鼠袋的装置，拯救了世界上无数早产儿。 从生物的习性中发现其中的价值英国女人类学家古多尔在坦桑尼亚的森林中发现猩猩每天要到较远地方去吃几片阿斯辟里亚灌木的树叶，经过对叶子的化验、分析，从中提炼出有效成份生产出高效杀菌剂。 从生物的形态特征中，启示了人们仿制出鱼雷艇。 近30年来，人们向生物系统索取设计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层出不穷：从雪地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝，生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造了电子蛙眼等。 科学家们又想到，目前飞机虽飞得高，但在陡然起飞，向
12、上飞升方面不如昆虫；核潜艇的航速还比不上海豚，今天，通过仿生学一定会揭开更多的生物界奥秘，在21世纪将会解决一些重要的科学难题。,生物的启示仿生学的诞生,昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪振动陀螺仪，大大改进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。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
13、次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪，目前已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、可靠。,苍蝇与仿生,屁步甲炮虫自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应，瞬间就成为100的毒液，并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的810秒内混合并发生反应，在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。,甲虫与仿生,
