正文 第17章 仿照生物 功能獨特——仿生創新法(1 / 1)

每種生物都有別的生物所不具備的特點和奇妙的功能。由此,仿生得到的創新也往往較為獨特、奇妙。

第一次世界大戰期間,在比利時的伊普雷戰役中,德軍使用了180噸液態氯氣攻擊對方陣地,致使英法聯軍5000多人死亡,150000人中毒。

同時,大批野生動物也隨之中毒死亡。

但令人驚訝的是,惟有野豬卻安然無恙。這一奇特的現象引起了英法聯軍的高度重視,他們派出了優秀的化學家深入實地研究考察。終於發現野豬喜歡用嘴拱地的特性。當野豬遇到強烈的刺激味或毒氣時,就會以拱地來躲避。鬆軟的土壤顆粒過濾和吸附了毒氣,這才使得它們幸免於難。

這一發現使化學家們大受啟發。

化學家們根據這一原理,設計了一種新型頭盔。它把人的麵部與外界空氣隔開,隻留下一個通道,並在通道口放置具有過濾和吸附功能的木炭。這樣,新型頭盔讓人們所吸入的空氣,既經過木炭的過濾和吸附,又能保持空氣流暢。這就是世界上第一批防毒麵具。

仿生也是一種模仿,其模仿的對象主要是生物(動物或植物),其模仿的角度主要是生物的原理、結構與功能。由於生物是在自然進化過程裏,經曆億萬年篩選淘汰和改進才最後形成的,其各項功能已高度發展。每種生物都有別的生物所不具備的特點和奇妙的功能。由此,仿生得到的創新也往往較為獨特、奇妙。

如蝙蝠可以發出和聽到超聲波,在布滿密網的黑屋裏,幾十隻蝙蝠自由來往穿梭,而不會撞到網中;螳螂可以在0.05秒內計算出飛掠眼前的小昆蟲的速度、方向和距離;狗的鼻子可以感覺出200萬種物質和不同濃度的氣味。模仿這些動物的功能而得到的創新,常能導致重大的發明創造。

人們很早就發現,在風暴來臨之前,盡管在海上還聽不到風浪聲,但淺水漂浮覓食的水母卻會紛紛地向深海遊去,以免被巨浪擊碎。原來,水母體內有一個小共振腔,腔內有一個帶小柄的球,它就是水母的“耳”。風暴產生的頻率為8~13赫茲的次聲波,人耳聽不到。這種波能比海浪更快地傳到很遠的地方。在次聲波的作用下,水母“耳”中的聽石會振動並刺激“耳”神經。於是,水母很快感受到尚未來臨的風暴。

技術人員仿照水母耳,發明了風暴預警器,相當精確地模擬了水母的器官。這種儀器由喇叭口、次聲波共振器機把振動變為電脈衝的電壓變換器及指示器組成,能在風暴到來之前15個小時內作出預報。

利用植物進行仿生發明的事例也很多。如電視發射塔的設計要求既要有抗各種風力的性能,又要能夠滿足發射信號的需要。人們發現山上的雲杉樹由於受狂風長年累月的襲擊,底部直徑顯著增大,樹幹長成了圓錐形。於是,通過模仿,出現了目前世界上幾乎是一個模樣的圓錐形電視塔。

經常看到有人踩到地上的香蕉皮而滑倒的情形。一位工程師就想:為什麼香蕉皮那麼滑,而梨皮、蘋果皮等其他水果皮就沒有那麼滑呢?他用顯微鏡一看,發現一塊香蕉皮由幾百個薄層構成,層與層之間結構鬆弛,含有豐富的水分,所以十分滑。

由此,他想到了能否根據香蕉皮的結構原理,製成一種潤滑材料呢?

經過研究,他發明了當時最好的潤滑材料——二硫化鉬潤滑脂,被譽為“潤滑之王”。

從仿生發明的步驟來看,包括以下幾個部分:

1.有選擇地研究生物體的結構與功能;

2.將生物資料簡化為生物模型;

3.通過數學分析抽象成通用的數學模型;

4.采用機械、電子、化學手段,製成各種可進行工程技術實驗的實物模型。

仿生發明有的是模仿生物的形狀、結構,但多數是仿照生物的功能,設法用現有的技術手段來實現這些功能。

目前,已形成的仿生學分支有電子仿生、機械仿生、化學仿生、建築仿生、人體仿生、分子仿生等多種。仿生發明也非常繁多。大型飛機、輪船、導彈、魚雷仿照海洋的生物流線形身體以減少阻力;潛水艇利用壓載水艙模仿魚鰾控製沉浮;聲納係統模仿蝙蝠、海豚的回聲定位。

此外,蛙眼雷達、電光鷹眼、人造絲、生物膜、袋鼠跳躍機、恐龍鑽頭、葉式浮橋、蜂窩狀建築、人工智能裝置、魚眼瞄準器、響尾蛇導彈定位器、電子警犬等,都是由仿生而導致的發明。利用仿生發明,打開了生物界這個豐盛的創新源泉,使發明成果可以達到更新的水平。