中小学优质课件仿生学课件.ppt

❖瑞士猎人乔治从苍耳属植物获取灵感发 明了尼龙搭扣。
形态仿生
天鹅形的观光船
仙鹤音响
剪子
综合仿生
❖ 仿人机器人 ❖ 肌肉和骨骼 ——现代假肢
飞机的诞生
❖ 1870年，德国人奥托.利连塔尔制造了第 一架滑翔机。利连塔尔是十九世纪末的 一位具有大无畏冒险精神的人，他望着 家乡波美拉尼亚的鹳用笨拙的翅膀从他 房顶上飞过，他坚信人能飞行。1891年， 他开始研制一种弧形肋状蝙蝠翅膀式的 单翼滑翔机，自己还进行试飞；此后五 年，他进行了2000多次滑翔飞行，并同 鸟类进行了对比研究，提供了很有价值 的资料。
❖ 在研究天然蚕丝结构和性能后，成功开发 了异形纤维和超细纤维等仿真丝纤维和纺 织品。
❖ 肉色袜
我们的服装与仿生还有哪 ❖些孔雀关裙系、燕？尾服、荷叶领、灯笼裤
❖ 变色龙与迷彩服
❖ 2008年奥运会上的高科技泳衣
❖ 美国华盛顿大学的研究人员正在试图揭 示蜘蛛吐出的水溶性蛋白质是如何变成 不溶的、强度比防弹背心还要坚韧的丝 的奥秘。科学家们已开始运用仿生学理 论研制人造蜘蛛丝。
仿生设计
——向自然学 习
热爱自然、保护自然、自然和谐相处， 我们就会从自然中获得智慧和灵感
仿生学
❖ 在20世纪60年代，1960年9月13日，在美国召开的第一届仿 生学研讨会上，斯蒂尔博士首次提出了仿生学(Bionics)的概 念，并定义仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统， 或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学，简 而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。
❖ 棘毛的作用（减粘）
❖ 超强的生殖能力（苍蝇具有一次交配可终身产卵的生理特点， 一只雌蝇一生可产卵5-6次，每次产卵数约100-150粒，最多 可达300粒左右。一年内可繁殖10-12代。每只雌蝇能产生 2000个后代，则100只雌蝇只需经过10个世代，繁殖的总蝇 数将达到2万亿亿个）
由乌龟想到的？
未来的飞机是个什么样？
❖ 太阳能 ❖ 袖珍 ❖ 房顶是飞机场 ❖ 翅膀收缩调整 ❖ 可以振翅 ❖ 可以俯冲空中停止
汽车与仿生（案例之二）
❖ 形态仿生
汽车的功能仿生
❖ 螃蟹壳——轻而强
❖ 一种内部高压造型技术由此诞生。将金 属管置于模具中，高压状态下将液压液 体或气体注入金属管两端，使金属在 2400巴的高压下形成模具的形状。这一 技术保证了零件精准的尺寸和形状，在 充分利用空间、赢得更多轴力度和硬度 的同时减轻了重量。
❖ 莱特兄弟发明了真正意义上的飞机。在 飞机的设计制作过程中，怎样使飞机拐 弯和怎样使它稳定一直困绕着他们。为 此，莱特兄弟又研究了鸟的飞行。例如， 他们研究鶙鵳怎样使一只翅膀下落，靠 转动这只下落的翅膀保持平衡；这只翅 膀上增大的压力怎样使鶙鵳保持稳定和 平衡。
如今飞机的平衡锤仿生了苍蝇的平衡棒
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功能仿生
❖ 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。
可恶的苍蝇给我们的启 示？
❖ 免疫力（活蝇蛆可接种于伤口之中，起杀菌清创，促进愈合 之作用。 ）
❖ 平衡能力（飞行器的平衡）
❖ 嗅觉（传感器、捕蝇器）
❖ 但是对复杂生物系统的认识往往是一个长 期的研究过程，并依赖于先进科学技术的 支持，需要多学科的交叉、合作，所以仿 生学的研究是一个系统工程，存在相当大 的难度。
仿生学研究的分支
力学仿生、分子仿生、能量仿生、信 息和控制仿生等
电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化 学仿生、人体的仿生、宇宙仿生等
形态仿生、形式美感仿生、功能仿生、 结构仿生、机理仿生、色彩仿生、意象 仿生
仿生设计
❖ 仿生设计学与旧有的仿生学成果应用 不同，它是以自然界万事万物的“形”、 “色”、“音”、“功能”、“结构” 等为研究对象，有选择地在设计过程中 应用这些特征原理进行的设计，同时结 合仿生学的研究成果，为设计提供新的 思想、新的原理、新的方法和新的途径。
❖ 仿生设计学作为人类社会生产活动与自 然界的锲合点，使人类社会与自然达到 了高度的统一，正逐渐成为设计发展过 程中新的亮点。
❖ 然后对基础研究的成果进行分析、综合，并提炼、概括出相 关理论和概念，揭示内在规律，建立数学模型；
❖ 最后在前两个阶段的基础上进入具体模拟研究、试验制造的 应用研究阶段，最终创造出人工化的成果。
方法
❖ 复制不是仿生学的研究目的，对生物系统 工作原理的本质认识、理解和应用是最终 目标。在这个过程中发散性地进行类比、 模拟和模型化是仿生学研究的主要方法， 数学模型是从生物原型到应用模型的关键。
汽车的骨架
❖ 在自然界，发泡材料出色的能量吸收性 能发挥最突出的例子是猫头鹰和大象的 头部，虽然象头只有几公斤，却能轻松 移动几百公斤的重量。
❖ 仿制轻骨架组织———发泡金属进一步研 究发现，泡孔组织结构的零部件强度/密 度比极佳。如果向铝模具内充气或把将 要发生化学反应的小颗粒注入铝模具， 形成发泡铝的多孔组织，就能充分吸收 能量，缓冲和降噪。
❖ 生命力强 静——寿命（生命在于运动？）
❖ 坚硬的外壳 （坦克）
❖ 中国人对乌龟的特殊意象？ 忍辱负重？高寿？忍垢偷生 ？
电子蛙眼
❖ 青蛙的眼睛很奇怪，他们看活动的东西 很敏锐，对静止的东西视而不见。人们 从中得到启示，发明了电子蛙眼。
保鲜膜
结构仿生 例如：食蝇草与发卡
结构仿生
❖白蚁冢与建筑仿生 白蚁冢具有良好的通风、保温、保湿功能 ❖锯齿草 与锯（鲁班）
性质
❖ 仿生学是生物学、数学和工程技术学相 互渗透而结合成的一门模仿生物系统并 具有生物系统特征或类似特征的新兴边 缘科学。
仿生学的研究主要包括 三个阶段
❖ 首先是根据工程技术的目标、任务进行生物相关性的基础研 究或者以生物学的发现与研究成果为启示和基础筛选出对其 他科学技术有意义有价值的内存；
众所周知的例子
❖ 蝙蝠与声纳定位 ❖ 鸟与飞机 ❖ 船与鱼
❖ 对萤火虫和海蝇地发光原理的研究，获 得了化学能转化为光能的新方法，从而 研制出化学荧光灯等等。
肌理与质感仿生 （以纺织仿生为例）
❖ 亚马逊河流域的闪峡蝶因其翅膀的外壳和 基部翅瓣中特有的周期性多层结构，使周 身散发钻蓝的色彩，具有金属般的光泽。 受此启发日本帝人公司开发了光显色纤维。