19世紀後期俄國教授別列布斯基正從事建築方麵的研究,為建築高樓大廈和跨河大橋尋找材料,他聽說了蒙尼亞發明的花盆便全部移植過來,製成了建築材料。別列布斯基並未為第一次成功而止步,他先後對各種材料性能做了研究,針對鐵絲太細強度低的缺點,改用粗鋼筋作為骨架。針對水泥太細無法承受太大的力量但卻與砂、石子粘合力強的特點,加入一定比例的砂和石子,1891年改變人類生活的具有劃時代意義的建築材料鋼筋混凝土正式創造成功,建築史也開創了一個新紀元。
如今材料移植的例子可謂比比皆是,不勝枚舉。
(2)原理移植技術原理本身都帶有一定的普遍性和通用性,因此,可以根據不同的要求和目的作移植創造。首先,最直接的原理移植是同一技術原理配以不同的輸出結構的在不同領域中的應用。
比如,激光性能的利用就是用激光發生器配合相應的執行係統應用於醫療、國防、工業等各個領域,如激光治療儀、激光幹擾器、用於寶石製造的碎石機等。電磁原理的應用也是如此。
其次,對於受條件限製的技術原理,移植過程就要作必要的分析。
諧振腔磁控管是為研究微波武器而研製的微波發生裝置。武器研究沒有
深入下去,卻發現了諧振腔磁控管被烤化成“巧克力糖”的現象。經進一步
試驗,發現微波束能燒傷人的皮膚及內部組織,遇到金屬會發生反射,能暢
通無阻地透過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣體,卻透不過含有水分的澱粉、蔬菜、
肉類,能量反而被其吸收。微波屬高頻率(2450兆周)、短波(12厘米)能
迫使食品中自由排列的雜亂無章的水分子按著微波電場方向形成首尾一致地
有序排列。隨電場變化加劇了含水的澱粉、肉類等中的分子產生高頻(每秒
幾十億次)正反高速運動而生熱,食物在微波消耗中獲得熱量,把食物“煮熟”。
以微波生成原理移植1947年創造出微波鍋,1980年經微波原理移植,創造出
微波爐。
舉此例證是說明原理的有條件移植。利用微波原理,所應用的結構材料(殼體防護)用具材料(玻璃、陶瓷容器)等都是有條件的,必須進行分析綜
合設定移植條件。將微波原理移植到築路機上作為修補瀝青路麵設備,同樣
要對移植條件進行分析。
最後,對較為抽象的技術原理(如壓力加工原理)移植,不僅要對技術
原理及加工對象進行分析與綜合,而且也要對引進對象的加工材料及加工原
理進行分析,比較其同、異因素,決定移植範圍。
玻璃啤酒瓶為中空容器,是在模具中用空氣壓力吹製成形的。塑料飲料
瓶與啤酒瓶結構形狀完全相似,表麵看來將啤酒瓶加工技術原理全部移植到
塑料瓶加工中是完全可能的。然而空氣吹製壓力是無定形的均勻壓力,成形
效果與加工材料性能密切相關,玻璃為無機材料,在高溫半溶黏質狀態是各
向同性的,在空氣吹製壓力作用下,均勻膨脹,由於空氣為流體,其形狀隨
空間而定,因而作用力也均勻地作用瓶內壁表麵,直到與模具內壁貼合,最
終製成的瓶子與模具內腔一致而且壁後均勻。而塑料為高分子材料各向異性,
各向強度不一致,在空氣吹製壓力作用下,勢必使各向材料厚薄不均,強度
也就大小不一樣,因為單瓶材料是定量的,所以在瓶壁尚未貼到模具內腔表
麵前,有些受力大的部分的邊緣已被拉穿或壁厚厚薄不均。因此加工塑料瓶時,
就不能把加工玻璃瓶的方法作完全移植。一般塑料瓶的加工工藝是采用二片
片材用模具壓緊後再吹塑成形或預製造瓶形毛坯(小於成品瓶)然後再二次
成形。因為片材(或毛坯)變形均勻性好,以保證瓶子壁厚均勻,因此,此
種移植隻能在模具中成形和用壓力吹製二點可以移植;材料加熱工藝與模具
·第三章.創造原理·
結構形式是各不相同的。
(3)結構移植物體的特定結構往往對其功能的實現具有重要作用,如果將不同物體的結構移植、滲透、變異就可能創造出很多新的事物。
如螺旋結構(三角形或矩形帶狀物在圓柱麵等距纏繞而成)是一種古老又典型的結構(如圖3-2),最早是作為連接件或緊固件來使用的(如螺絲釘、螺栓等)。在螺旋繞軸線轉動時,對物體有一個合力作用(軸向力和轉矩)。隨著人們對螺旋結構認識的加深,通過改變螺旋斷麵形狀並進行移植創造出很多新的物品。如利用螺旋的軸向作用力作用製成軸流泵、穀物收割機的集糧機構、輸糧機構,除雪車除雪、集雪機構、膨化機、攪肉機、塑料注塑機(注塑螺杆)、水泥攪拌機、輸送機構、玻璃球成型機……
手槍是一種武器,將子彈和槍口作一定的改動,就成為射釘槍,成為建築裝修的工具。
(4)
方法移植方法移植就是將慣常應用於具體工作的習慣方式方法應用到其他工作中以創造出的工作方式或產生某種新的事物。
通過發酵蒸製或烤製的麵包、饅頭鬆軟可口,其關鍵是發泡方法。美國人將發泡方法移植到橡膠生產中,發明了橡膠海綿;德國工程師將發泡方法移植到塑料加工中,發明了泡沫塑料;日本鈴木信博士將發泡移植到水泥製品中發明了夾氣混凝土預製件,廣泛用於高層建築和隔音、保溫材料。
(5)
功能移植功能移植,就是將某種事物所具有的功能移植為其他應用場合,實現相同功能的創造或產生某種新的事物。
美國發明家賈德森發明了具有開、合功能的拉鏈,被廣泛應用到衣物、箱包中去。能不能將拉鏈的功能移植到其他領域呢?美國一位醫生發現有些病人,進行開刀手術後還要經過幾次開刀治療、縫合,不僅麻煩也為患者平添了痛苦,於是他利用拉鏈便於開合的特點,製造出一種適於醫用而且能夠縫合在患者刀口處的“拉鏈”,減少了病人的痛苦,也增加了手術的安全性。
3.仿生法
(1)仿生法概述
在廣袤的大自然中,各種生物(動、植物等)數以億計,在幾百萬年的進化之中,優勝劣汰,適者生存。隨著進化和發展,自成物種,種種又都有其各自的生存方式,獨特的習性與功能。鷹擊長空,不僅有一副強硬的翅膀,一雙銳利的眼睛竟能千米之外辨物;魚翔海底,暢遊自如,卻能承受十幾乃至幾十個大氣壓力;蝙蝠可以發出和接收到超聲波;狗卻能感覺出200萬種物質和不同濃度的氣味;沙棗耐寒、耐旱;稻穀嗜溫、嗜水;茂盛綠葉借助光合作用平衡大氣中的氧氣含量,生成有機物,維持自身的生存也養活了五十多億人口和數不清的動物。
大自然生物的各種秘密,有些已為人類所破解,而大多數仍然是“玄”而未決的“混沌”,這一切都成為待研究的課題和取之不竭的創造源泉。
從古至今人們在認識自然過程中,也有意或無意的從自然物中得到許多啟迪而創造出很多有益於人類的工具和方法。為了實現空中飛行,人們便不斷模仿和研究鳥類,終於造出了飛機;看到虎、貓奔跑和急停、跳躍無聲,受其腳爪結構的啟示,製造了釘鞋;受蜘蛛結網的啟示,製造了懸索吊橋……人們逐漸認識到,從生物界吸取創造的靈感是行之有效的方式方法,1960年仿生學正式問世。
仿生法,就是在創造活動中,通過模擬生物的結構、功能或機理等而進行發明創造的方法。仿生學是指為解決創造中的難題而應用生物係統知識的學問。人類在自然和改造自然的活動中對生物界的認識也在不斷地加深,對生物活動中的現象、生物的結構、功能、生存機理越來越為人們所了解和把握,向生物係統索取和學習是現代發明創造的一個重要趨勢並形成一門學說。仿生原理,就是根據仿生學理論及生物係統知識進行發明創造的活動過程。
第一次世界大戰期間,德軍在比利時的伊普雷戰役中,使用了180噸的液態氮氣攻擊對方陣地,致使英法聯軍的150000人中毒,5000多人喪命。同樣,大量野生動物也相繼中毒而亡。但令人吃驚的是,唯有野豬卻安然無恙。這一現象引起了英法聯軍的重視。他們派出了最優秀的化學家深入實地考察研究。通過反複調查,化學家們發現野豬特別喜歡用嘴巴拱地,當它們嗅到強烈的刺激味時,常用拱地來躲避刺激。後經進一步分析發現,正是因為野豬拱地時,鬆軟的土壤顆粒吸附和過濾了毒氣,才使得它們幸免遭難。這使化學家們受到了很大啟發。根據這一原理,化學家們想到讓人們所吸的空氣也先經過鬆軟物質的吸附和過濾。於是他們設計了頭盔,把人的麵部與外界空氣隔開,隻留一個呼吸空氣的通道,並且在通道口放上既有吸附、過濾功能、
·第三章.創造原理·
又能保持空氣流暢的木炭。這就是世界上第一批防毒麵具。
1948年,喬治·特拉爾工程師打獵歸來,發現總有一些大薊花植物粘在褲子上,很難取下,一天他好奇地用顯微鏡觀察留在褲子上的植物,發現每朵小花都長滿了小鉤鉤,才明白大薊花鉤住衣服和難以取下的原因。大薊花粘在人或其他動物身上是傳播種子的一種物種本能,是繁衍的需要;而喬治·特拉爾卻在解衣扣時引發創造靈感,他設想能否仿造大薊花而發明一種新“扣子”來替代扣子、拉鏈或係帶呢?後來,經過研製和實驗,終於研製成“尼龍搭扣”,不僅方便了人們的生活,而且獲得了多個國家的專利。