创新方法之仿生法(共-38张PPT)课件.ppt

1、 仿生法【创新故事】苍蝇，被称为“四害”之一，令人讨厌。但科学家却拜苍蝇为师，克服了很多难题，发明了很多新玩意。1.新型导航仪振动陀螺仪。家蝇的特别之处在于它的快速飞行技术，这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。那么，它是怎么做到的呢？昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪振动陀螺仪，大大改进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。2.蝇眼照像机。苍蝇的复眼包含

2、4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。【定义】什么是仿生法呢？各种动物和植物伴随着我们度过了成千上万年，但人类有意识地向它们学习却是上世纪中期才开始的。人们往往在遇到难以解决的问题时就开始细心地观察动物和植物，希望能从它们身上找到答案或启示，这种有意识地模仿生物进行创新发明的方法叫仿生法。我们为什么要认真向生物学习呢？有两点：1.生物身上有太多我们不知道的秘密，而人对未知事物总是充满了好奇。2.我们自己解决不了的问题通过向其他生物学习获得了解

3、决，生物身上有很多的优点，值得我们学习。我们看一下飞机在研制过程中出现的问题：人们经过长期反复的实践，使飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，但是在继续研制更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因此丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就是在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在3亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进

4、化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，蜻蜓飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。如果早跟蜻蜓学习，问题早就解决了，用不着费那么大的工夫，还有很多飞行员为此付出了生命的代价。所以向生物学习很有价值。那么如何应用仿生法呢？一、认真观察生物的现象生物身上隐藏着巨大的秘密，让我们来看一下：1.小蚋是翅振速率最快的昆虫，每秒钟可拍打60000万次。2.蚂蚁是力气最大的昆虫，它可支撑其体重300倍的重物。3.跳蚤是跳高冠军，它一跳就

5、是其体长的200倍。这相当于人跳400m高。4.蝗虫是飞行能力最强的昆虫，它可以连续不停地飞行9个小时。5.食量最大的天蛾幼虫，它在出生一个月内可吃掉比其体重重80000倍的东西。6.移动最快的昆虫是热带蟑螂，每秒钟可移动4043倍体长的距离，相当于人每秒前进130m。7.天蛾是嗅觉最灵敏的昆虫，其雄蛾可以在十几公里以外嗅到雌蛾散发出的气味。虽然雌蛾释放的信息素只有00001mg。二、联系实际问题创造性地解决仿生工程车仿生工程车蝎子蝎子仿生学-利用研究出来生物系统的结构和性质为工程技术提供新的设计思想和工作方式。提问：请问在你们的生活中有那些类似的仿生设计呢？提问：请问在你们的生活中有那些类似

6、的仿生设计呢？请举出三个例子：请举出三个例子：1、2、3、防毒面具防毒面具蜂窝设计蜂窝设计鲨鱼皮肤鲨鱼皮肤举例研究：防毒面具防毒面具从外形上分析其防毒面具从外形上分析其仿生的来源？仿生的来源？仿生原理：根据野猪长型鼻子中仿生原理：根据野猪长型鼻子中特殊的生理结构为基础，开发出特殊的生理结构为基础，开发出一种具有防御有毒气体的工具。一种具有防御有毒气体的工具。举例研究：蜂窝设计举例研究：蜂窝设计蜂窝轮胎蜂窝轮胎蜂窝煤蜂窝煤仿生优点：仿生优点：1、质量轻、质量轻2、刚性高、刚性高3、节省材料、节省材料举例研究：鲨鱼的皮肤海洋杀手海洋杀手-鲨鱼鲨鱼 由于它的游泳速度是同类鱼中的最快，原因是因为？由于

7、它的游泳速度是同类鱼中的最快，原因是因为？提速武器提速武器鲨鱼皮泳衣鲨鱼皮泳衣 鲨鱼皮表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周的水流更高效地流过进而实现快速游动。知识的拓展：仿生设计创造法应用 仿照贝壳的形状，建成仿照贝壳的形状，建成了悉尼歌剧院，成为著名了悉尼歌剧院，成为著名的地标式建筑。的地标式建筑。利用变色龙可以随周围利用变色龙可以随周围环境改变自身颜色的特点，环境改变自身颜色的特点，制作出来的户外运动鞋。制作出来的户外运动鞋。飞机 飞机的造型源于模仿飞鸟，这不仅仅是因为飞鸟的形态优美，而是其形态上的合理，由于它展开时身体扁平，体积小、重量轻，因而产生的风阻力小，使飞机飞行速

8、度快且飞得高！直升飞机直升飞机潜水艇 潜水艇是模仿游鱼，蛙泳是模仿青蛙，形态仿生便是利用具象的自然形态，结合相应的艺术处理手法与设计理念，使之成为一个既有观赏性，又具使用功能的设计作品 超强粘合剂超强粘合剂 几年前，科学家认识到壁虎足垫上数百万个分叉的小刚毛所拥有的神奇力量，正是这种力量让壁虎上演飞檐走壁的绝技。目前，科学家正在研制一系列模仿这种神奇力量的超强粘合剂，用以提高打造爬墙机器人 像海参一样软硬兼备的塑料像海参一样软硬兼备的塑料 当受到惊吓之后，身体柔软的海参会分泌一种特殊化学物质，能够在几秒钟之内将皮肤变硬，此时的皮肤如同一副铠甲。这一软硬兼备的本领为科学家提供了灵感，促使他们研制

9、一种遇水之后即由硬变软的塑料材料。模仿海鸥的侦察机模仿海鸥的侦察机 美国佛罗里达州大学工程师里克林德从海鸥身上得到启发，研制出一种能在高层建筑周围寻找出路，同时又可猛扑向林荫大道的远程遥控侦察机，很多现代战场正是由高层建筑和林荫大道构成。在迅速飞动的各种形状的小动物里，青蛙可立即识别出它最喜欢吃的苍蝇和飞蛾，而对其他飞动着的东西和静止不动景物都毫无反应。弄清了蛙眼的原理和结构，仿生学家就发明了电子蛙眼。青蛙与电子眼青蛙与电子眼水母顺风耳 水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。仿鸟设计为高铁降噪仿鸟设计为高铁

10、降噪 日本新干线高速列车是世界上速度最快的列车之一，每小时的行驶距离接近200英里(约合321公里)。除此之外，由于采用“取经”于猫头鹰羽毛和翠鸟喙的降噪设计，行驶过程也出奇地安静。萤火虫的特异功能是由它体内所含的荧光素、荧光酶和氧气相互作用的结果。冷光灯放眼看去，动物在长期进化中逐渐形成了适合生存环境的种种形态，而保持这种形态的骨骼系统在强度、硬度和稳定性等方而是很完美的。仿生建筑的分类骨架形态的建筑结构骨架形态的建筑结构昆虫单复眼与生物显微镜昆虫单复眼与生物显微镜 高级研究用正置生物显微镜：内置“复眼”照明，使数码成像 更为理想。汽车 形态仿生蝴蝶形建筑蝴蝶形建筑，在建筑形态上仿若一只只蝴

11、蝶，在湖泊与树林之间翩然飞舞。蝶型建筑让建筑在最大比例上向湖泊开放向湖泊开放，蝶翅部分由黄金分割的椭圆弧形成，使建筑与自然融为一体，宛若天成。同时因为蝴蝶翅膀与身体形态上的起伏，扩大了户型观景空间观景空间，让建筑与艺术完美结合。浅水半岛浅水半岛蝴蝶形建筑蝴蝶形建筑竹笋形建筑竹笋形建筑竹笋形建筑竹笋形建筑，其建筑形态仿佛破地向山的竹笋，充满着建筑爆发力。竹笋形建筑中大量的钢架结构出现，使整个建筑体系在浓烈的现代主义风格现代主义风格中还兼具了工业文明工业文明的建筑表现形式。同时该建筑整体趋于饱满的设计，让建筑在视觉稳定性视觉稳定性上达到一个新高度浅水半岛浅水半岛孔雀椅.汉斯韦格纳孔雀椅蝴蝶和卫星控

12、温系统 遨游太空的人造卫星，蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片，这些鳞片有调节体温的作用。人造卫星人造卫星鸟鸣壶鸟鸣壶人们运用仿生法发明硕果累累：1.从萤火虫到人工冷光。2.根据蛋壳发现拱形的承受力量。3.人们根据章鱼发明烟雾弹。4.鼠标是仿老鼠的。5.防水衣服是仿荷叶造的。6.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。7.船桨模仿的是鸭的蹼。8.潜水艇和鱼的沉浮。9.变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。10.响尾蛇和空对空响尾蛇导弹。11.火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。12.根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的

13、人等。13.人们根据蛙眼的视觉原理，研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。谢谢祝大家在创新活动中取得丰硕成果31、知技并重，德行为先。32、生活的理想，就是为了理想的生活。张闻天33、贫不足羞，可羞是贫而无志。吕坤34、你若要喜爱你自己的价值，你就得给世界创造价值。歌德35、社会犹如一条船，每个人都要有掌舵的准备。易卜生36、人生不是一种享乐，而是一桩十分沉重的工作。列夫托尔斯泰37、生活只有在平淡无味的人看来才是空虚而平淡无味的。车尔尼雪夫斯基38、先相信你自己，然后别人才会相信你。屠格涅夫39、

14、谁给我一滴水，我便回报他整个大海。华 梅40、对人不尊敬，首先就是对自己的不尊敬。惠特曼41、一个人的真正伟大之处就在于他能够认识到自己的渺小。保 罗42、自我控制是最强者的本能。萧伯纳43、勿以恶小而为之，勿以善小而不为。惟贤惟德，能服于人。刘备44、要使别人喜欢你，首先你得改变对人的态度，把精神放得轻松一点，表情自然，笑容可掬，这样别人就会对你产生喜爱的感觉了。卡耐基45、有谦和、愉快、诚恳的态度，而同时又加上忍耐精神的人，是非常幸运的。塞涅卡46、人的一生可能燃烧也可能腐朽，我不能腐朽，我愿意燃烧起来！奥斯特洛夫斯基47、我们应该注意自己不用语言去伤害别的同志，但是，当别人用语言来伤害自

15、己的时候，也应该受得起。刘少奇48、人生犹如一本书，愚蠢者草草翻过，聪明人细细阅读。为何如此.因为他们只能读它一次。保 罗49、无论你怎样地表示愤怒，都不要做出任何无法挽回的事来。培 根50、人生就象弈棋，一步失误，全盘皆输，这是令人悲哀之事；而且人生还不如弈棋，不可能再来一局，也不能悔棋。弗洛伊德51、在你发怒的时候，要紧闭你的嘴，免得增加你的怒气。苏格拉底52、路是脚踏出来的，历史是人写出来的。人的每一步行动都在书写自己的历史。吉鸿昌53、最本质的人生价值就是人的独立性。布迪曼54、谁若想在困厄时得到援助，就应在平日待人以宽。萨迪55、人世间没有比互相竭尽全心、互相尽力照料更加快乐的了。西塞罗56、不良的习惯会随时阻碍你走向成名、获利和享乐的路上去。莎士比亚57、容易发怒，是品格上最为显著的弱点。但 丁58、对一个尚未成熟的少年来讲，坏的伙伴比好的老师起的作用要大得多。伊 索59、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。歌德60、生气的时候，开口前先数到十，如果非常愤怒，先数到一百。杰弗逊