植物仿生學的資料

【專家解說】：到了近代，生物學、電子學、動力學等學科的發(fā)展亦促進了仿生設計學的發(fā)展。以飛機的產生為例：
在經過無數(shù)次模仿鳥類的飛行失敗后，人們通過不泄的努力，終于找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，于是翅膀就產生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大。
1852年，法國人季法兒發(fā)明了氣球飛船；1870年，德國人奧托.利連塔爾制造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人，他望著家鄉(xiāng)波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅信人能飛行。1891年，他開始研制一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機，自己還進行試飛；此后五年，他進行了2000多次滑翔飛行，并同鳥類進行了對比研究，提供了很有價值的資料。資料證明：氣流流經機翼上部曲面所走路程，比氣流流經機翼下平直表面距離較長，因而也較快，這樣才能保證氣流在機翼的后緣點匯合；上部氣流由于走的較快，它就較為稀薄，從而產生強大吸力，約占機翼升力的三分之二大??；其余的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。
19世紀末，內燃機的出現(xiàn)，給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。
萊特兄弟發(fā)明了真正意義上的飛機。在飛機的設計制作過程中，怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩(wěn)定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一只翅膀下落，靠轉動這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩(wěn)定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗，由地面上的人用繩控制，使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機后部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向，通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。
后來，隨著飛機的不斷發(fā)展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡單，更加實用。機身和單曲面機翼都呈現(xiàn)出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現(xiàn)代，科學高度發(fā)展但環(huán)境破*、生態(tài)失衡、能源枯竭，人類意識到了重新認識自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發(fā)展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會，成為仿生學的正式誕生之日。
此后，仿生技術取得了飛躍的發(fā)展，并獲得了廣泛的應用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發(fā)展，一大批仿生設計作品如智能機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
近代，科學家根據(jù)青蛙眼睛的特殊構造研制了電子蛙眼，用于監(jiān)視飛機的起落和跟蹤人造衛(wèi)星；根據(jù)空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發(fā)光原理的研究，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研制出化學熒光燈等等。

目前，仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時，還通過研究生物系統(tǒng)的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優(yōu)異特征，并把它運用到技術系統(tǒng)中，改善已有的工程設備，并創(chuàng)造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統(tǒng)；同時仿生設計學為創(chuàng)造新的科學技術裝備、建筑結構和新工藝提供原理、設計思想或規(guī)劃藍圖，亦為現(xiàn)代設計的發(fā)展提供了新的方向，并充當了人類社會與自然界溝通信息的“紐帶”。
對人腦的探索，可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比，現(xiàn)在的電子計算機只能作為算盤。
對植物光合作用的研究，將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫(yī)學發(fā)展途徑。
對生物體結構和形態(tài)的研究，有可能使未來的建筑、產品改變模樣。使人們從“城市”這個人造物理環(huán)境中重新回歸“自然”。
信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——“去鹽器”。對其“去鹽器”的結構及其工作原理的研究，可以啟發(fā)人們去改善舊的或創(chuàng)造出新的海水淡化裝置。
白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質有所啟發(fā)。
同時仿生設計亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術，設計制造制造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關節(jié)、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細胞。專家預測，在本世紀中后期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以制造、傳遞養(yǎng)料及廢物，并能與氧氣及二氧化碳自動結合并分離的液態(tài)碳氫化合物人工血；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜制成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據(jù)活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質，制成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單向導通驅動裝置，組成人工心臟自動循環(huán)器。
隨著對宇宙的開發(fā)、認識，又將使人類不但認識宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設計，創(chuàng)造出地球上前所未有的新的裝置……

仿生設計學的特點與研究內容

仿生設計學是仿生學與設計學互相交叉滲透而結合成的一門的邊緣學科，其研究范圍非常廣泛，研究內容豐富多彩，特別是由于仿生學和設計學涉及到自然科學和社會科學的許多學科，因此也就很難對仿生設計學的研究內容進行劃分。這里，我們是基于對所模擬生物系統(tǒng)在設計中的不同應用而分門別類的。歸納起來，仿生設計學的研究內容主要有：
1、形態(tài)仿生設計學研究的是生物體（包括動物、植物、微生物、人類）和自然界物質存在（如日、月、風、云、山、川、雷、電等）的外部形態(tài)及其象征寓意，以及如何通過相應的藝術處理手法將之應用與設計之中。
2、功能仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的功能原理，并用這些原理去改進現(xiàn)有的或建造新的技術系統(tǒng)，以促進產品的更新?lián)Q代或新產品的開發(fā)。
3、視覺仿生設計學研究生物體的視覺器官對圖象的識別、對視覺信號的分析與處理，以及相應的視覺流程；他廣泛應用與產品設計、視覺傳達設計和環(huán)境設計之中。
4、結構仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的應用問題，適用與產品設計和建筑設計。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。
從國內外仿生設計學的發(fā)展情況來看，形態(tài)仿生設計學和功能仿生設計學是目前研究的重點。在本文中，還將著重介紹形態(tài)仿生學和功能仿生設計學的一些情況。

作為一門新興的邊緣交叉學科，仿生設計學具有某些設計學和仿生學的特點，但他又有別與這兩門學科。具體說來，仿生設計學具有如下特點：
1、 藝術科學性
仿生設計學是現(xiàn)代設計學的一個分支、一個補充。同其它設計學科一樣，仿生設計學亦具有它們的共同特性——藝術性。鑒于仿生設計學是以一定的設計原理為基礎、以一定的仿生學理論和研究成果為依據(jù)，因此具有很嚴謹?shù)目茖W性。
2、 商業(yè)性
仿生設計學為設計服務，為消費者服務，同時優(yōu)秀的仿生設計作品亦可刺激消費、引導消費、創(chuàng)造消費。
3、 無限可逆性
以仿生設計學為理論依據(jù)的仿生設計作品都可以在自然界中找到設計的原型，該作品在設計、投產、銷售過程中所遇到的各種問題又可以促進仿生設計學的研究與發(fā)展。仿生學的研究對象是無限的，仿生設計學的研究對象亦是無限的；同理，仿生設計的原型也是無限的，只要潛心研究大自然，我們永遠不會有江郎才盡的一天。
4、 學科知識的綜合性
要熟悉和運用仿生設計學，必須具備一定的數(shù)學、生物學、電子學、物理學、控制論、信息論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科的基本知識。
5、 學科的交叉性
要深入研究和了解仿生設計學，必須在設計學的基礎上，既要了解生物學、社會科學的基礎知識，又要對當前仿生學的研究成果有清晰的認識。它是產生于幾個學科交叉點上的一種新型交叉學科。

五、仿生設計學的研究方法

仿生設計學的研究方法主要為“模型分析法”：
1、創(chuàng)造生物模型和技術模型
首先從自然中選取研究對象，然后依此對象建立各種實體模型或虛擬模型，用各種技術手段（包括材料、工藝、計算機等）對它們進行研究，做出定量的數(shù)學依據(jù)；通過對生物體和模型定性的、定量的分析，把生物體的形態(tài)、結構轉化為可以利用在技術領域的抽象功能，并考慮用不同的物質材料和工藝手段創(chuàng)造新的形態(tài)和結構。
① 從功能出發(fā)、研究生物體結構形態(tài)——制造生物模型。
找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發(fā)，研究生物的結構形態(tài)，在感性認識的基礎上，除去無關因素，并加以簡化，提出一個生物模型。對照生物原型進行定性的分析，用模型模擬生物結構原理。目的是研究生物體本身的結構原理。
② 從結構形態(tài)出發(fā)，達到抽象功能——制造技術模型
根據(jù)對生物體的分析，做出定量的數(shù)學依據(jù)，用各種技術手段（包括材料、工藝等）制造出可以在產品上進行實驗的技術模型。牢牢掌握量的尺度，從具象的形態(tài)和結構中，抽象出功能原理。目的是研究和發(fā)展技術模型本身。
2、可行性分析與研究
建立好模型后，開始對它們進行各種可行性的分析與研究：
① 功能性分析
找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發(fā)，對照生物原型進行定性的分析。
② 外部形態(tài)分析
對生物體的外部形態(tài)分析，可以是抽象的，也可以是具象的。在此過程中重點考慮的是人機工學、寓意、材料與加工工藝等方面的問題。
③ 色彩分析
進行色彩的分析同時，亦要對生物的生活環(huán)境進行分析，要研究為什么是這種色彩？在這一環(huán)境下這種色彩有什么功能？
④ 內部結構分析
研究生物的結構形態(tài)，在感性認識的基礎上，除去無關因素，并加以簡化，通過分析，找出其在設計中值得借鑒合利用的地方。
⑤ 運動規(guī)律分析
利用現(xiàn)有的高科技手段，對生物體的運動規(guī)律進行研究，找出其運動的原理，針對性的解決設計工程中的問題。
當然，我們還可以就生物體的其它方面進行各種可行性分析。