|
時(shí)間：2011-01-30 07:43 據國外媒體報道，大自然是人類(lèi)賴(lài)以生存的母體，人類(lèi)的發(fā)展進(jìn)步離不開(kāi)大自然的庇護。在科學(xué)領(lǐng)域同樣如此，科學(xué)家和工程師們的很多發(fā)明創(chuàng )造都是從大自然身上獲得靈感，比如能夠像鳥(niǎo)類(lèi)和蝙蝠一樣在天空中振翅飛翔的偵察相機，擁有壁虎足墊一樣粘附功能的機器人可以在垂直的光滑墻壁上攀爬等。以下十四種仿生發(fā)明技術(shù)的創(chuàng )新靈感都來(lái)源于大自然的動(dòng)物和人類(lèi)身上，充分體現了大自然無(wú)與倫與的神奇力量。 1.模仿大象鼻子的機器人手臂模仿大象鼻子的機器人手臂 機器人總是受到當時(shí)計算機發(fā)展水平的限制。不過(guò)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的持續發(fā)展，它們可以為機器人的動(dòng)作提供越來(lái)越復雜的計算。如下這種設計或許可以讓機器人擁有更靈活、更柔韌的動(dòng)作：一個(gè)根據大象鼻子的特點(diǎn)設計出來(lái)的新型仿生機器處理系統--“仿生操作助手”�！胺律僮髦帧庇傻聡こ坦举M斯托公司研制，它可以平穩地搬運重負載，原理在于它的每一節椎骨可以通過(guò)氣囊的壓縮和充氣進(jìn)行擴展和收縮。 
2.源自蝙蝠的太陽(yáng)能偵察機源自蝙蝠的太能陽(yáng)偵察機 蝙蝠竟然也可以成為偵察設備的創(chuàng )意源泉。美國軍方慷慨解囊1000萬(wàn)美元，資助密歇根大學(xué)工程學(xué)院研制蝙蝠型太陽(yáng)能自動(dòng)偵察機。這款自動(dòng)偵察機長(cháng)約6英寸(約合15厘米)，擁有一個(gè)透明的頭部，其中裝有一個(gè)太陽(yáng)能電池板，它還擁有一對像蝙蝠翅膀一樣的飛行翼。僅僅依靠1瓦特的能量，它其中的相機就可以搜集大量的偵察數據。
3.鳥(niǎo)類(lèi)頭骨幫助科學(xué)家研制出更輕、更堅固的建筑材料鳥(niǎo)類(lèi)頭骨幫助科學(xué)家研制出更輕、更堅固的建筑材料 為了設計出一種高效的仿生材料，建筑師安德列斯-哈里斯曾經(jīng)專(zhuān)門(mén)研究過(guò)動(dòng)物的骨骼，尤其是鳥(niǎo)類(lèi)的頭骨。哈里斯表示，“一般說(shuō)來(lái)，頭骨擁有強大的防撞擊結構，同時(shí)它們也非常輕，可以對其中最重要的動(dòng)物器官進(jìn)行有效的保護。這種物理特性可以應用于建筑結構的設計上�！惫锼乖谝粋�(gè)大型帳蓬上測試過(guò)這種材料，他認為這種設計也可以應用于汽車(chē)之上。
4.子彈頭列車(chē)設計靈感來(lái)自翠鳥(niǎo)的喙子彈頭列車(chē)設計靈感來(lái)自翠鳥(niǎo)的喙 翠鳥(niǎo)從空中一頭扎入水中，不會(huì )濺起任何水花，這主要歸功于它那特殊形狀的喙。日本工程師們意識到，同樣的形狀可以解決日本超高速子彈頭列車(chē)所面臨的一個(gè)煩人問(wèn)題。此前，這種列車(chē)在駛離隧道時(shí)會(huì )產(chǎn)生音爆現象。列車(chē)在高速行駛中，前部“鼻子”形成的風(fēng)墻不僅僅會(huì )產(chǎn)生巨大的噪音，而且還會(huì )減慢列車(chē)的速度。而根據翠鳥(niǎo)喙部形狀設計的新型列車(chē)“鼻子”可以消除這些問(wèn)題，可以幫助列車(chē)能效提高20%
5.源自貓大腦的仿生計算機源自貓大腦的仿生計算機 近年來(lái)，計算機技術(shù)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但即使再強大的超級計算機也無(wú)法像貓那樣能夠識別出人類(lèi)的面部。密歇根大學(xué)科學(xué)家決定研究貓的大腦以研制一臺智能計算機�，F有的計算機以線(xiàn)性模式執行代碼，而哺乳動(dòng)物的大腦則完全相反，它們可以同時(shí)處理許多事務(wù)�？茖W(xué)家正在研制一種電路元件，這種設備可以像仿生神經(jīng)鍵一樣處理事務(wù)。它可以記住通過(guò)的電壓數，這與動(dòng)物大腦中的記憶和學(xué)習功能相似。密歇根大學(xué)計算機工程師盧韋認為，這種創(chuàng )意比仿生人類(lèi)大腦更具現實(shí)意義。
6.模仿蝙蝠聲波導航功能的聲波手杖模仿蝙蝠聲波導航功能的聲波手杖 眾所周知，蝙蝠可以在漆黑的空間里利用超聲回聲自由飛行，超聲回聲可以幫助它們定位障礙物的位置。聲波手杖就是模仿了蝙蝠的聲波導航功能，它可以警告盲人路上遇到的障礙物。每一根聲波手杖上都擁有無(wú)數的傳感器，甚至可以幫助盲人發(fā)現比頭部還要高的障礙物。
7.仿生人類(lèi)耳朵的無(wú)線(xiàn)電芯片仿生人類(lèi)耳朵的無(wú)線(xiàn)電芯片 這種無(wú)線(xiàn)電芯片比人類(lèi)設計的任何頻譜分析儀都要快，而且它幾乎不需要電能。這種技術(shù)之所以能夠成為現實(shí)，就在于它模仿了人類(lèi)的耳朵。美國麻省理工學(xué)院的研究人員對耳蝸轉換聲波的方式進(jìn)行了深入研究。聲波在內耳中產(chǎn)生機械波，它可以激發(fā)微型毛發(fā)電池從而產(chǎn)生電信號。麻省理工學(xué)院研制的人造耳蝸無(wú)線(xiàn)電芯片就是采用了這種設計原理。這種芯片可以接收手機、互聯(lián)網(wǎng)、收音機和電視等多種信號
8.模仿鳥(niǎo)類(lèi)的微型飛機 模仿鳥(niǎo)類(lèi)的微型飛機 當你發(fā)現自己的房子上空出現一個(gè)小型的飛行物時(shí)，不要以為它肯定是普通鳥(niǎo)類(lèi)或蝙蝠，它也有可能是一架微型飛機。名為“RoboSwift”的微型飛機由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研制，它是根據雨燕的生物學(xué)特征設計的。眾所周知，雨燕是一類(lèi)飛行速度極快的鳥(niǎo)類(lèi)。在“RoboSwift”微型飛機上裝上偵察相機，可以用來(lái)研究其他鳥(niǎo)類(lèi)，甚至還可以對人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行偵察。風(fēng)洞試驗發(fā)現，它不僅僅可以像鳥(niǎo)類(lèi)一樣快速飛行，而且還擁有向后收起羽毛的功能。
9.模仿壁虎的粘性機器人模仿壁虎的粘性機器人 如果沒(méi)有吸盤(pán)，機器人如何在垂直、光滑的物體(如玻璃)表面攀爬呢？而使用吸盤(pán)速度很慢，效率很低。美國斯坦福大學(xué)機械工程學(xué)教授馬克-庫特科斯基研制了一種“粘性機器人”，其設計靈感就源自壁虎足墊上的小剛毛。壁虎足墊上長(cháng)有數以百萬(wàn)計的小剛毛，小剛毛還擁有細微的分叉尖端，它們可以與物體表面的分子結合，產(chǎn)生強大的粘附力。這種粘附力可以幫助壁虎自由地在垂直、光滑的物體表面攀爬。
10.鹿角結構成為制造超強工業(yè)材料的原理鹿角結構成為制造超強工業(yè)材料的原理 鹿角為什么會(huì )如此堅硬？英國約克大學(xué)科學(xué)家也無(wú)法確定鹿角的濕度是否會(huì )對其強度產(chǎn)生影響。因此，科學(xué)家們對鹿角進(jìn)行了對比研究，對比的標本分別是決斗前的鹿角和決斗后被切開(kāi)的鹿角。在決斗前，需要鹿角處于最堅硬的狀態(tài)。研究人員發(fā)現，在決斗前階段，鹿角會(huì )變得十分干燥。干燥、堅硬的材料通常都易碎，很容易折斷，但是鹿角事實(shí)上卻比人類(lèi)的骨骼硬2.4倍。這一發(fā)現似乎解決了工程師們的一個(gè)難題：應該可以制造出一個(gè)既硬又干的材料。鹿角的結構極有可能成為制造超強工業(yè)材料的原理
11.人類(lèi)牙齒結構與航空科技人類(lèi)牙齒結構與航空科技 人類(lèi)牙齒的強度只和玻璃差不多，但為什么它們能夠在幾十年中經(jīng)受各種堅硬食物的磨礪？以色列特拉維夫大學(xué)研究人員對數千顆人類(lèi)牙齒進(jìn)行了深入研究并發(fā)現，在壓力下牙齒的外層擁有一種特殊的結構，這種結構形成了一個(gè)微裂紋網(wǎng)絡(luò )，而不會(huì )產(chǎn)生巨大的裂縫。一段時(shí)間后，這些微細的裂紋又可以自動(dòng)愈合。如果工程師們能夠在某種合成材料中找到這種不穩定的多層結構，并以某種方式進(jìn)行復制，就可以研制出一種更輕、抗撞擊能力更強的航空材料。當然，這種自愈合的過(guò)程可能需要很長(cháng)時(shí)間才可以實(shí)現。
12.壁虎眼睛與未來(lái)隱形眼鏡壁虎眼睛與未來(lái)隱形眼鏡 壁虎的足墊并不是讓工程師們獲得發(fā)明靈感的唯一器官�？茖W(xué)家們發(fā)現，壁虎的眼睛中擁有一系列截然不同的中心區，這使得它們能夠在夜間看清顏色。這種能力很少在其他動(dòng)物身上發(fā)現。這些區域分別擁有不同的折射率，這使得壁虎的眼睛成為一個(gè)多焦點(diǎn)光學(xué)系統，不同波段的光線(xiàn)可以同時(shí)聚焦于視網(wǎng)膜上。因此，壁虎眼睛的靈敏度比人類(lèi)的眼睛高出350倍，它們可以聚焦不同距離的各種物體。根據這一發(fā)現，科學(xué)家們可以研制更高效的相機，甚至可能研制出多焦點(diǎn)
13.東方知更鳥(niǎo)羽毛與新一代光學(xué)材料東方知更鳥(niǎo)羽毛與新一代光學(xué)材料 雄性東方知更鳥(niǎo)擁有亮麗顏色的羽毛。不過(guò)，與自然界其他大多數顏色不同，雄性東方知更鳥(niǎo)羽毛上的顏色并不是由色素形成的。這是由一種類(lèi)似于啤酒泡沫自組合方式的納米結構產(chǎn)生的藍色陰影。不同的物質(zhì)在變得不穩定并開(kāi)始相互分離時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一種“相位分離”現象。本質(zhì)上講，這些顏色的形成過(guò)程與“相位分離”的方式是一樣的。隨著(zhù)羽毛的生長(cháng)，羽毛中的顏色生成結構會(huì )像活細胞中的水泡一樣生長(cháng)。這些復雜的光學(xué)結構在顯微鏡下看起來(lái)像是充滿(mǎn)氣泡的海綿，它們可以用來(lái)研制新一代光學(xué)材料。
14.人類(lèi)眼睛與寬視野相機 人類(lèi)眼睛與寬視野相機 人類(lèi)眼睛的曲面比任何相機都擁有更寬的視野。對于工程師們來(lái)說(shuō)，挑戰在于如何將微電子元件安裝到一個(gè)曲面上，同時(shí)又要保護不損壞它們。美國西北大學(xué)科學(xué)家黃永剛和伊利諾斯大學(xué)科學(xué)家約翰-羅杰斯發(fā)明了一種曲形相機，這部相機與人類(lèi)眼睛的大小、形狀和原理都幾乎一樣�？茖W(xué)家們同時(shí)研制了一種類(lèi)似網(wǎng)絲一樣的材料，將電子元件固定于曲面之上。這一技術(shù)將攝影技術(shù)推向一個(gè)新高度，新型相機將使得鏡頭中的全部場(chǎng)景更清晰，而不像現有的相機所拍攝的照片那樣中心清晰而兩旁景物較為模糊。此外，該技術(shù)還有可能推動(dòng)未來(lái)人造視網(wǎng)膜和仿生眼睛的研制。
|
