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仿生学:偷师大自然

来源:UC论文网2019-04-13 09:26

摘要:

  对于设计中的优雅和高效,自然界永远是我们学习的对象,在漫长的历史中,大自然进化出了一些高效、稳定、持久、可靠、灵敏且可持续的方法,这些都是我们偷师的蓝本。  下一个巨大的技术突破的秘密或许就潜伏在我们周围,隐藏于那些在我们身边滑行、匍匐潜行或飞行的生物身上。这种技术被称为“生物模拟”或“仿生学”。  “维克罗”尼龙搭扣  最广为人知的仿生学设计无疑是“维克罗(velcro)”尼龙搭扣(由两条尼...

  对于设计中的优雅和高效,自然界永远是我们学习的对象,在漫长的历史中,大自然进化出了一些高效、稳定、持久、可靠、灵敏且可持续的方法,这些都是我们偷师的蓝本。


  下一个巨大的技术突破的秘密或许就潜伏在我们周围,隐藏于那些在我们身边滑行、匍匐潜行或飞行的生物身上。这种技术被称为“生物模拟”或“仿生学”。


  “维克罗”尼龙搭扣


  最广为人知的仿生学设计无疑是“维克罗(velcro)”尼龙搭扣(由两条尼龙带组成,按压而粘合在一起),于20世纪中期诞生于瑞士。


  20世纪40年代初的一天,瑞士发明家乔治・德・米斯特劳带着他的爱犬到森林中漫步,返回时发现裤子和狗身上粘满了带刺的苍耳。这一现象引发了他的好奇心。在显微镜下进一步观察后,他发现了其中的奥秘:原来苍耳每根刺的顶端结构都是一个小钩子,就是这种结构使它可以轻易地钩在有毛圈结构的裤料上。这一发现促成米斯特劳发明了由钩和毛两种结构组成的搭扣带。其中的钩就像苍耳上的小钩子,而毛就像裤料上的毛圈一样。


  “袋鼠机器人”


  就科技发展而言,大自然就是开发机器人最佳的灵感源泉,除了我们最熟悉的昆虫和鸟类之外,袋鼠也跃升为我们模拟的对象。这不,德国Festo公司就模拟袋鼠的跳跃,研制出了一款仿生袋鼠机器人“BionicKangaroo”。


  这款仿生设备拥有发达的后肢、前倾的身躯和一条用以平衡身体的长尾,神似一只在草原奔跑的袋鼠。其重量约为7千克,站立起来的高度为1米。它最高能跳至40厘米,活动半径最远为80厘米。


  为了实现连续跳跃,设计师为BionicKangaroo加入了能量填充系统,使它能从上一次的跳跃中收集能量,从而为下一次的跳跃做好准备。


  带烟囱的节能建筑


  当然,人类并非只向单个的植物、动物偷师,也会从动植物的群体行为中获得灵感。比如,当仿生建筑师米克・皮尔斯被授命设计津巴布韦首都哈拉雷的伊斯特盖特大厦时,就从白蚁搭建蚁丘中获得灵感。


  蚁丘内部必须维持恒温,保持华氏87度(约30.6摄氏度),这样白蚁才能培养一种维持其生命所需要的真菌,但做到这一点并不容易,因为非洲平原上白天的温度可能超过华氏100度(38摄氏度),晚上却可能低到华氏40度(5摄氏度)以下。然而,白蚁却巧妙地把微风从蚁丘底部引进到由凉爽湿泥构成的蚁室中,再把经过冷却的空气送到顶端。白蚁正是通过不断建造新通风口,关闭旧通风口,来精确地调节蚁丘内部的温度。


  皮尔斯从中获得灵感,他将白蚁巢穴的建筑理念用于33.3万平方英尺的伊斯特盖特大厦上,使该建筑比一般建筑更凉爽且节能90%。建筑物上巨大的烟囱犹如白蚁巢穴一样,可以在夜晚吸收凉爽的空气用以降低楼板的温度。而在白天,楼板也可以保持凉爽,从而减少了空调的使用时间。

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