哪些動物是人類的"老師" 例子長

【專家解說】：自古以來，自然界就是人類各種科學技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質(zhì)存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發(fā)展，逐漸具備了適應自然界變化的本領(lǐng)。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領(lǐng)，吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７?。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，并通過創(chuàng)造性的勞動，制造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領(lǐng)和能力。 人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創(chuàng)造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想象出來的，只能說是對自然中存在的物質(zhì)及某種構(gòu)成方式的直接模擬，是人類初級創(chuàng)造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發(fā)展的基礎(chǔ)。 在我國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防御猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”，即見到隨風旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建筑結(jié)構(gòu)來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，仿佛像大象的腿。 我國古代勤勞勇敢的勞動人民對于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據(jù)秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發(fā)明了風箏，并且應用于軍事聯(lián)絡。春秋戰(zhàn)國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研制能飛的木鳥；并且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發(fā)明了鋸子。據(jù)《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關(guān)戾置于腹內(nèi)，發(fā)之則凌云奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下?！蔽鳚h時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高臺上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發(fā)明的一種火箭武器“神火飛鴉”，也反映了人們向鳥類借鑒的愿望。 我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸?shù)淖杂?。后來隨制作水平提高而出現(xiàn)的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水”，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發(fā)我國光輝燦爛的古代文明，創(chuàng)造了非凡的業(yè)績。 外國的文明史上，大致也經(jīng)歷了相似的過程。在包含了豐富生產(chǎn)知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發(fā)明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的腭骨的形狀受到啟示而創(chuàng)造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機械鷹，并進行了飛行表演。 一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創(chuàng)始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu)。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術(shù)的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關(guān)系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發(fā)現(xiàn)飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據(jù)鳥類飛行機構(gòu)的原理，終于制造了能夠載人飛行的滑翔機。 后來，設計師又根據(jù)鶴的體態(tài)設計出了掘土機的懸臂，在一戰(zhàn)期間，人們從毒氣戰(zhàn)幸存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據(jù)考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難設想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結(jié)出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員制作的蹼，幾乎完全按照青蛙的后肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。 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(chǎn)生為例： 在經(jīng)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(chǎn)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(jīng)機翼上部曲面所走路程，比氣流流經(jīng)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(chǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(gòu)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞等各種優(yōu)異特征，并把它運用到技術(shù)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(shù)元件等技術(shù)系統(tǒng)；同時仿生設計學為創(chuàng)造新的科學技術(shù)裝備、建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和形態(tài)的研究，有可能使未來的建筑、產(chǎn)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(jié)構(gòu)及其工作原理的研究，可以啟發(fā)人們?nèi)ジ纳婆f的或創(chuàng)造出新的海水淡化裝置。 白蟻能把吃下去的木質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂肪和蛋白質(zhì)，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質(zhì)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(shù)，設計制造制造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關(guān)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(jié)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(zhì)，制成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單向?qū)?qū)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…… 具體的你可以做下列相關(guān)搜索： 1。由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。 2。從螢火蟲到人工冷光； 3。電魚與伏特電池； 4。水母的順風耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設計了水母耳風暴預測儀，能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。 5。人們根據(jù)蛙眼的視覺原理，已研制成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣，準確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統(tǒng)后，雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統(tǒng)能快速而準確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區(qū)別真假導彈，防止以假亂真。 電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場，它能監(jiān)視飛機的起飛與降落，若發(fā)現(xiàn)飛機將要發(fā)生碰撞，能及時發(fā)出警報。在交通要道，它能指揮車輛的行駛，防止車輛碰撞事故的發(fā)生。 6。根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內(nèi)裝一個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。 7。模擬藍藻的不完全光合器，將設計出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。 8。根據(jù)對人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究，已仿制了人力增強器——步行機。 9?，F(xiàn)代起重機的掛鉤起源于許多動物的爪子。 10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。 11。船槳模仿的是魚的鰭。 12。鋸子學的是螳螂臂，或鋸齒草。 13。蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍搭扣。 14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測儀提供了思路。 15。壁虎腳趾對制造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。 16。貝用它的蛋白質(zhì)生成的膠體非常牢固，這樣一種膠體可應用在從外科手術(shù)的縫合到補船等一切事情上。