动物在亿万年的漫长进化过程中,
逐步形成了各种
奇异的构造,特殊的功能和有趣的习性。人们通过长期的观察和研究,
从动物身上得到许多极其宝贵的启示,最终,人类模仿生物功能,并将其应用于人造工程技术之中,
造就了仿生学学科仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点使人类社会与自然达到了高度的统一,正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。
源于海洋动物形征的仿生设计有很多,科学家通过对特殊而又具有代表性海洋动物特征及其合理适应大自然的奥秘所在的分析与研究,寻找其独具的生物结构和功能原理,并将这些自然界中的合理因素运用仿生设计学引入到日常生活或特殊的机械制造领域中。海洋动物真可谓是名副其实的“人类之师”,下面就让我们一起来看看吧。
海豹与声呐导流罩
传统声呐所用的水听器,只能在静止时才能听到远处目标的噪声,而当*舰高速前进时,水听器周围的水流噪声大得往往淹没了目标的噪声信号。科学家们发现,高速游泳的海豹的听觉能力却不受这种水流噪声的影响,不论海豹是在静止状态,还是在快速游泳时,它都能顺利地接收声波。
原来,长期的水中生活,使得海豹身体的各种器官逐渐适应了海洋这一环境。为了能在水中快速游泳,捕捉鱼类,海豹的外耳已经变成了优美的流线型。从而大大减低了由涡流所产生的很强的水流噪声,保证了海豹顺利地接受目标的噪声。
人们研究海豹耳的构造,终于仿造出了声呐导流罩,从而大大改进了水听器的性能。有了声呐导流罩,即使*舰全速前进,声呐也照样能探测到敌人的潜水艇。
水母顺风耳与风暴预测仪
水母漂浮在水面上,有的是青蓝色,有的是乳白色,还有的透明无色,看上去很象是一把撑开来的伞。在它的伞缘上,有很多触手,还有一个细柄,上面长有小球,它就是水母的耳朵。
在蓝色的海洋上,由空气和波浪摩擦而产生的次声波是风暴来临之前的预告,这种次声波,人耳是听不到的,而对水母来说却是易如反掌。
在水母耳的内部,有一个极小的听石,次声波正是震动了小听石,听石再次把次声波的振动传给水母耳壁内的神经感受器,水母才能听到风暴声。于是,水母便游离岸边,去寻找安全之地,使自己免受风浪的袭击。
科学家仿照水母耳朵的结构和功能,设计了“水母耳风暴预测仪”,精确地模拟了水母感受次声波的器官,使人们能够提前知道行将到来的风暴,并做好相应的准备。
电鱼与伏特电池
自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有余种。人们将这些能放电的鱼,统称为“电鱼”。生活在大西洋中的电鳐,能产生60伏的电流,只需发出一个电脉冲,就能把六个瓦的灯泡同时点亮,发出象霓虹灯广告牌那样的闪光来。
▲电鳐▲电鳗
经过对电鱼的解剖研究,发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。由于电鱼的种类不同,所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形,位于尾部脊椎两侧的肌肉中;电鳐的发电器形似扁平的肾脏,排列在身体中线两侧,共有万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体,位于皮肤与肌肉之间,约有万块电板。单个电板产生的电压很微弱,但由于电板很多,产生的电压就很大了。
19世纪,意大利物理学家伏特以电鳐和电鳗的发电器官为模型,发明了伏特电池。后来,人们又从电鳐的发电器官中受到了启发,发明了干电池。对电鱼的研究,还给人们这样的启示:如果能成功地模仿电鱼的发电器官,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
冷光源的发明
世界上许多光源的光都是由炽热的物体发出的,可是,在我们生存的地球上,也有不发热而只发光的光源,这就是生物发光。人们风趣地把这种光称为“冷光”。在能发光的生物中,尤以海洋生物为 。在黑暗层至少有44%的鱼类具备自身发光的本领,以便在长夜里能够看见其他物体,方便捕食,寻找同伴和配偶。
▲乌贼、磷虾、无鳞黑龙虾发出的生物荧光▲水母发出光波和水母真实的外表
对生物发光的研究,不仅有助于揭示生物的机理,而且对于工程技术的发展也有极大的好处。生物发光的效率特别高,因为它不产生任何热量,全部化学能都转化为光能,没有丝毫浪费。
人们从生物发光中得到启发,用化学方法人工制成了冷光源。冷光源的用处十分广泛,可以应用在用热光照明容易引起爆炸危险的火药库和充满瓦斯的矿井中,也可以用来水下照明。由于它没有电源,不会产生磁场,所以在排除磁性水雷时,它也是十分安全的。
人造海豚皮的发明
科学家们发现,海豚高速游泳的秘密并不完全在于它那完美的外形,还靠他那构造奇特的皮肤,来减轻前进的阻力。
海豚皮肤非常特殊,共有三层结构, 层是表皮,第二层是 ,上有许多小乳头状突起,这些小乳头在运动中能经受很大的压力。第三层是由胶质和弹性纤维交错组成的,中间充满了脂肪。海豚皮肤的独特结构象一个“减振器”一样,在水的压力下能灵活地改变形状,有效地防止涡流产生,把水的阻力降低到 点。
后来,科学家仿造出了人造海豚皮,这种人造海豚皮能部分模拟海豚皮肤的减振功能。它也是由三层组成的: 层为表皮;第二层中设置了许多容易弯曲的小突起,其内充满了富有弹性的液体;第三层为背衬材料。把这种人造海豚皮包在鱼雷和小艇上进行实验,能有效的减少40~60%的阻力。
来源:中国海洋网综合整理
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