仿生技术产品有哪些,仿造的古籍对象和主要功能

怎么是仿生?给我十种仿生产品的名称,要说明是仿生什么的_百度知道仿生_百度百科
仿生在具有生命之意的希腊语bion上,加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科[1]
。例如关于信息接收、信息传递、等,这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的例子,如将海豚的体形或皮肤结构应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与有密切关系的一门学科,而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较,进行研究和解释的一门学科。仿生是模仿生物系统的功能和行为,来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限,将各种不同的系统沟通起来。运用仿生方法可创制新的机械,发明现代化识辨仪器,改进通信系统,设计新颖的工艺和研制等。如现代的飞机、极地越野汽车、雷达系统的电子蛙眼、航海的、航空建造工程的蜂窝结构、人工肾及人工心脏等,都是仿生的结晶。
是发展起来的生物学和相结合的交叉学科。
仿生的英文名字是Bionics。
人们发现,一些关于植物和动物的相类似的功能,实际上是超越了人类自身在此方面的技术设计方案的。植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁,并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理,人类不仅找到了技术上的解决方案,而且同时该方案也完全适应了自然的需要。
的目的就是分析生物过程和结构以及它们的分析用于未来的设计。仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。人类所从事的技术就是使得达到和互相间的协调。而生物适应环境的功能无疑是一个好机会。
在我们人类的技术世界中模拟自然中的东西并不是一个新鲜的思想,自从传说中的Ikarus带着用鸟的羽毛做成的翅膀飞向空中,而最后因为太阳的热度掉到地上起,人类一直就沉迷于此。
那么的确切定义是什么呢?
仿生学是研究的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。属于生物科学与之间的。它涉及生物学、、生物化学、物理学、、等学科领域。仿生技术通过对各种生物系统所具有的和作用机理作为进行研究,最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。
仿生发展历史
仿生学(Bionics)是模仿生物特殊本领的一门科学。仿生学借以了解生物的结构和功能原理,来研制新的机械和新技术,或解决机械技术的难题,1960年由美国的J.E.Steele首先提出。
仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”,意思是“生命”,字尾“nic”有“具有……的性质”的意思。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。
仿生学主要是观察、研究和模拟自然界生物各种各样的特殊本领,包括生物本身结构、原理、行为、各种器官功能、体内的物理和化学过程、能量的供给、记忆与传递等。从而为科学技术中利用这些原理,提供新的设计思想、工作原理和系统架构的技术科学。[2]
仿生研究范围
仿生学的研究范围主要包括:力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。
◇力学仿生,是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质,以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如,建筑上模仿贝壳修造的大跨度,模仿股骨结构建造的立柱,既消除应力特别集中的区域,又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构,把人工海豚皮包敷在船舰外壳上,可减少航行揣流,提高航速;
◇分子仿生,是研究与模拟生物体中酶的、生物膜的选择性、通透性、或其类似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的后,合成了一种类似有机化合物,在田间捕虫笼中用千万分之一微克,便可诱杀雄虫;
◇能量仿生,是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把转换成机械能等生物体中的能量转换过程;
◇信息与控制仿生,是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理,研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上,并在此基础上构造出新型计算机。
模仿人类学习过程,制造出一种称为“感知机”的机器,它可以通过训练,改变元件之间联系的权重来进行学习,从而能实现模式识别。此外,它还研究与模拟体内稳态,运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制,以及人-机系统的仿生学方面。
某些文献中,把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生,而把信息和控制仿生的部分内容称为神经仿生。
仿生学的范围很广,信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要,另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段,使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和研究的仿生学方面——生物的研究,大脑学习记忆和的研究与模拟,生物体中控制的可靠性和协调问题等——是仿生学研究的主攻方面。
控制与信息仿生和关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程,都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造硬件系统;而生物控制论则从控制论的一般原理,从技术科学的理论出发,为生物行为寻求解释。
最广泛地运用类比、模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的不在于直接复制每一个细节,而是要理解生物系统的工作原理,以实现特定功能为中心目的。—般认为,在仿生学研究中存在下列三个相关的方面:生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础,后者是目的,而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。
由于生物系统的复杂性,搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期,而且解决实际问题需要多学科长时间的密切协作,这是限制仿生学的主要原因。
仿生人类仿生
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的。
种类繁多的生物界经过长期的进化过程,使它们能适应环境的变化,从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言,在长期的生产实践中,促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此,人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具,从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上,而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物,通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由地游来游去的本领,人们就模仿鱼类的形体造船,以木桨仿。相传早在时期,我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯,他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践,逐渐改成橹和舵,增加了船的动力,掌握了使船转弯的手段。这样,即使在波涛滚滚的江河中,人们也能让船只航行自如。
鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《》记载用竹木作鸟“成而飞之,三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前,意大利人和他的助手对鸟类进行仔细的解剖,研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机,这是世界上第一架人造飞行器。
以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试,可以认为是人类仿生的先驱,也是的萌芽。
仿生的目的就是分析生物过程和结构以及它们的分析用于未来的设计。仿生的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。
,是细菌的传播者,谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅(又叫)是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“”,由3000多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐而成的,用它作镜头可以制成“”,一次就能照出千百张
相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有着怎样的奇异本领?它们的种种本领,给了人类哪些启发?模仿这些本领,人类又可以造出什么样的机器?这里要介绍的一门新兴科学——。
仿生学是指模建造技术装置的科学,它是在上世纪中期才出现的一门新的。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。从仿生学的诞生、发展,在短短几十年的时间内,它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路,也就是向生物界索取的道路,它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。
现象简表:[3]
1.从令人讨厌的身上,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。
2.从萤火虫到人工冷光;
3.电鱼与伏特电池;
4.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。
5.人们根据蛙眼的视觉原理,已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。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。
6.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、桥上的人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。
7.蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气。
8.根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机。
9.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。
10.顶瓦楞模仿动物的鳞甲。
11.船桨模仿的是鸭的蹼。
12.锯子学的是螳螂臂,或锯齿草。
13.苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。
14.嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。
15.壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。
16.贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。
17.树叶的排列和悉尼大剧院的建设。
18.潜水艇和鱼的沉浮。
19.响尾蛇和空对空响尾蛇导弹。
20.人们根据章鱼发明烟雾弹。
21.根据蛋壳发现拱形的承受力量。
22.飞机飞行时产生的剧烈抖动是根据蜻蜓改善的。
23.变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。
24.防水衣服是仿荷叶造的。
.百度百科[引用日期]
.维基[引用日期]
.搜搜百科[引用日期]
企业信用信息共0件商品,共计&00.00
什么是仿生建筑 仿生建筑有哪些
什么是仿生建筑呢?我们从它的字面意思来理解,就是仿照某些生物来进行的建筑。有些是仿照某些植物、动物的外形来建造的,有些是仿照它们的结构来进行仿建的。事实上这种理解是对的,仿生建筑就是模仿某些动物的结构和形态而获得所期望的优良性能的建筑。
发现好货FIND GOODS
& 仿生建筑就是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象,探寻自然界中科学合理的建造规律,并通过这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法。那么,在我们所熟知的建筑中,都有哪些是属于仿生建筑呢?一起来看看吧。
&&&&&&& 仿生建筑之台北101,相信这是很多人都不陌生的,但是你知道它是仿照什么样的生物吗?事实上它的灵感来源于竹子,它寓意着学习和成长。在晚上的时候,它的周围都是绿色的灯光,再加上建筑是一节一节升高的状态,所以在晚上看的时候就更像竹子了。
&&&&&&& 仿生建筑之迪拜棕榈岛,位于迪拜的人工群岛,它的外形酷似一片棕榈叶,包括一个新月造型。建造人工岛所需的沙子来自波斯湾。棕榈岛开发商为当地的 Nakheel公司,来自比利时和荷兰的土地改造专家Jan De Nul和Van Oord负责清淤工作。碧蓝的大海上飘着一片棕榈叶,是不是很清新的感觉。
&&&&&&& 仿生建筑之国家体育馆,位于北京,它的设计方为来自瑞士的Herzog & de Meuron建筑公司,是为2008北京奥运会和残奥会而设计的。相信大多数的中国人对于它都不会陌生的,它的另一个名字就叫做&鸟巢&,看上去是不是真的就非常像鸟巢呢?建造时使用了11万吨钢铁,耗资4.2亿美元。它最大的特色就是采用先进的节能技术和技术。
&&&&&&& 仿生建筑之印度莲花寺,它位于印度首都新德里,是来自伊朗的Fariborz Sahba,灵感源于莲花,为巴哈伊信徒建造。该寺庙包括27片大理石花瓣,每三个一组,形成九个侧面,可容纳2500人,共有9个入口可进入中庭。从这一张图片中就可以看出,是一朵含苞待放的荷花。
&&&&&&& 仿生建筑之悉尼歌剧院,它位于澳大利亚悉尼,是20世纪最具特色的建筑之一,也是世界著名的表演艺术中心,现在已经成为悉尼的标准性建筑。建在巨型花岗岩石基座上,各由4块巍峨的大壳顶组成。这些&贝壳&依次排列,前三个一个盖着一个,面向海湾依抱,最后一个则背向海湾侍立,看上去很像是两组打开盖倒放着的蚌。
&&&&&&& 仿生建筑之国家游泳中心,俗称&水立方&,是2008年北京奥运主要的水上项目比赛场馆,位于奥林匹克公园,奥运期间会用作游泳、花样游泳与跳水赛事之用,建筑费用为10.2亿元。我们从的名字&水立方&,就可以看出来它是&水&组长的。
&&&&&&& 这么多仿生建筑,大家都了解吗?你的身边还有哪些仿生建筑呢?就赶紧以评论的方式跟我们交流吧。更多精彩内容请点击下方链接。
文章来源:
【更多推荐】
&&&&& &&&&& &&&&& &&
&&&&& && && &&&&& &&
上一篇:下一篇:
免责声明:美乐乐家居网部分文章信息来源于网络以及网友投稿,本网站只负责对文章进行整理、排版、编辑,是出于传递 更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。
仿生学就是我们人类模仿很多生物制作出来的东西,仿生学能够模仿
更多精彩评论
( 邮箱信息不会公开 )
本站价:?1580
已&&售:9990
本站价:?2060
已&&售:10544
本站价:?2150
已&&售:6694
本站价:?3160
已&&售:4727
mll_***点评了
mll_***点评了
本站价:1580
本站价:3654
本站价:1720
本站价:2799
经营网站备案信息
领奖规则1.活动仅限9.24-10.9期间有效,成功预约但未在活动期内到店的用户视为自动放弃领奖,过期将不补发礼品;2.用户成功预约,预约手机号会收到预约短信,凭预约短信及预约手机号到店进行验证领奖;3.礼品有数量上限,为每家体验馆每日每款限量5件,先到先得,领完即止;4.成功预约的用户可以从奖品池中任意选择一件领取,不可领取多件;5.每位用户(用户名ID、收货人、收货地址、电话号码、E-mail、网银或支付宝账号,以上任何信息重复均视为同一客户,具体情况由体验馆工作人员核定)仅限领取一次,多次领取体验馆有权取消用户领奖资格;6.参与本次预约到店领奖活动的用户,不可以再与其他到店领奖活动重复享受;7.礼品一经发出,美乐乐不再提供任何形式的售后服务,礼品不补件、不折现;8.美乐乐保留活动最终解释权。小木虫 --- 500万硕博科研人员喜爱的学术科研平台
&&查看话题
仿生产品不断涌现,纳米技术成为助推剂
仿生产品不断涌现,纳米技术成为助推剂
  【日经BP社报道】动植物在漫长的进化过程中获得了适合生存的能力,其中隐藏着我们想像不到的机制。从这些先进的机制和构造中获得灵感的就是仿生技术。仿生技术作为环境对策如今重新获得了关注,纳米技术的进步使得人工再现细微构造成为可能,其应用范围正在不断扩大。
  把生物和植物具有的构造、机理和形状等应用于工业产品的仿生技术(Biomimetics *1)研发如今“突然发力”(东北大学研究生院环境科学研究科教授石田秀辉)。
*1 也叫做Biomimicry。
  例如,夏普从2008年开始向市场投放部分模拟生物形状的产品,借此提高了效率和性能,现在该公司则在加快行动步伐。积水化学工业在2011年6月推出了模仿树荫的遮阳棚“Airy Shade”(图1)。这种遮阳棚采用了树枝的分形构造,能够遮挡阳光,还能够通风散热。
图1:积水化学工业的遮阳棚“Airy Shade”
以树枝的分形构造为灵感,模仿树荫开发而成(a)。(b)为东京都内的采用实例。
  大自然中充满了动植物在漫长进化过程中产生的智慧,比如以微少的能量有效发挥功能的构造、在常温常压的低成本环境下形成复杂的微细构造的机制,而且还不会对环境带来沉重的负担。这其中就隐藏着有别于传统工学方式的新型制造技术的灵感。某大型汽车厂商如今对产品进行功能分解,正在从生物和植物中探寻实现各项功能的方法。
  仿生技术的应用不仅限于产品。三菱丽阳的无反射薄膜生产技术、丰田正在开发的低摩擦材料的制造技术中都应用了仿生技术。通过采用像具有拒水效果的荷叶、以及类似雪花结晶那样无需大量能量即可形成规则构造的“自我组织化”技术,就可以以低成本、低能耗实现所需的微细构造。
  “虽然具体行动尚未展开,但很多企业都在考虑采用仿生技术。”这番话出自日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构多元物质科学研究所教授下村政嗣,下村教授经常接到来自大企业经营者有关“在自然和环境方面能做些什么”、“基于自然的技术应该如何发展”的咨询。
欧美发展仿生技术以振兴产业
  其实,欧美对于仿生技术的关注胜过日本,尤其是在环保意识突出的欧洲,德国和英国最为积极。德国拥有大量的仿生技术研究人员,2011年还在德国政府的援助下举办了仿生技术国际展会。德国正在举全国之力,将仿生技术打造成一项产业。
  与此同时,为了明确仿生技术的概念和定义,德国还在推动相关国际标准的制定。德国已经领导成立了Technical Committee(技术专业委员会),希望以此在未来潜力市场的主导权争夺中占据有利位置。
  美国方面,受圣地亚哥动物园的委托,一份关于仿生技术未来经济效应的报告于2010年发表。该报告预测,到2025年,仿生技术将能够创造3000亿美元的国内生产总值、160万个就业岗位,很多企业对这一市场都充满兴趣。
  除欧美之外,中国、韩国政府也开始致力于仿生技术的研究。中国更是从德国聘请了专家,开设了仿生技术研究所。
源于蜻蜓翅膀的小型风车
仿生技术本身其实并不稀奇,但最近忽然受到关注的原因主要有二点:一是以温室气体减排为代表的环保措施的推进。随着环保要求的逐年提高,人们开始向高性能、高效率而且环境负荷小的自然现象寻求“解答”。在经历了东日本大地震,以及福岛第一核电站事故的日本,这种趋势更是明显。
  使用仿生技术也确实可以制造出高效率的产品。其典型范例便是日本东北大学石田等人与日本文理大学合作研究的小型风车“微环保风车”(图2)。该风车的叶片就应用了仿生技术,模仿的生物对象是蜻蜓。
图2:从蜻蜓翅膀中获得了灵感的小型风车
模仿蜻蜓翅膀开发的小型风车(a)。只需微风即可发电。拆下叶片来看,叶面上设有像蜻蜓翅膀那样的凹凸(b)。
  与鸟类的翅膀不同,蜻蜓的翅膀上存在凹凸。因此,蜻蜓飞行时,在空气粘性的作用下,翅膀上表面前缘会发生涡流。涡流沿翅膀流动,在排开翅膀周围的空气的同时,涡流外侧会形成良好的空气层流。蜻蜓的翅膀就是由此产生巨大的升力,遏制空气阻力的*2。
*2 蜻蜓体型小、飞行速度慢。从流体力学的角度来看,表示惯性力与粘性力之比的雷诺系数较小,也就是说,空气的粘性力处于支配状态。从蜻蜓的角度来看,就像是在粘稠的液体中飞行。
  微环保风车的叶片上排列着模仿蜻蜓翅膀的凹凸。借助这些凹凸,“只要风速达到20cm/分左右即可发电”(石田)。而且,因为材料采用的是柔软的聚丙烯(PP),所以叶片还能够耐受强风。由此有望制造出价格低且不易损坏的小型风车。
拆卸的灵感来自落叶树木
 下面来介绍从高性能、高效率而且环境负荷小的自然现象中寻求“解答”的另一个例子。那就是日本物质及材料研究机构(NIMS)环境能源材料部门混合动力材料部互联设计组组长细田奈麻绘研究的效仿植物和昆虫的可逆焊接产品。细田关注的是落叶树的树叶。
  落叶树的树叶会随着气温变化和果实成熟时产生的乙烯浓度的变化而掉落。此时,树枝与树叶之间被称为“离层”的中间层会扩大,从而促进树叶脱离树枝。如果将其应用于金属的焊接,就能够使焊接在基板上的电子部件容易分离,方便回收利用(图3)。
图3:从落叶树获得灵感的分离技术
把周围环境变化、离层增长、叶片脱离的三步式思路引入到了工业产品的分离和分解技术之中。在部件之间设置离层,通过外部的某些刺激和信号使离层起效。模仿的是功能的表现模式,而并非生物的构造或形状。有望应用于电子部件的回收利用等方面。《日经制造》根据细田的资料制作。
  因此,细田想到了利用液态金属脆化实现落叶树树叶的“离层模式”。液体金属脆化现象是指固态金属在接触到液态金属时强度显著下降,出现脆化的现象。例如,把焊锡作为离层,将电子部件焊接到基板上,在回收利用时,在离层涂上低熔点的镓。这样一来,焊锡离层就会变脆,使电子部件容易与基板分离。
  通过使用这种方法,完全无需加热等多余的能量即可完成解体。细田认为,“在未来的循环型社会中,低环境负荷的焊接技术将愈发重要”。
纳米技术加速材料研究
仿生技术如今受到关注的另一个原因是纳米技术的进步。随着电子扫描显微镜等观察手段的高性能化,人们了解到了更多的生物微细构造,但在工业产品中对其进行人工再现却并非易事。但是,随着近来纳米技术的发展,这成为了可能。从壁虎的脚获得灵感的胶带、模仿蓝色大闪蝶闪光翅膀机制的纤维就都属于此类产品。
  模仿能够在墙壁和天花板上自由爬行的壁虎的胶带是全球粘合材料研究人员争相开发的对象。其粘合力强、而且易揭开。
  灵感来源于壁虎的脚底。壁虎的脚底密布着非常纤细的毛,毛的尖端还有100~1000条分叉。在过去,模仿这种微细的构造并非易事,但日东电工成功利用直径为数nm~数十nm的碳纳米管(CNT)成功地对其进行了再现。2012年2月,该公司在世界上率先宣布商业化生产“壁虎胶带”。
  NIMS的细田调查了与壁虎脚的粘合机制、荷叶的拒水效果、蓝色大闪蝶翅膀闪光机制的论文发表情况,发现在生物学家发现并查明原理大约5~7年后,利用该机制和原理的应用论文开始激增。而且,其中利用生物微细构造的材料类论文居多(图4)*3。
*3 细田于2008年成立了日本仿生技术材料研究会“Learningfrom Nature Cluster”。现在共有成员14人,以昆虫、植物、土壤等自然界的各种机构为模型进行着材料开发。在此之前,关注仿生技术的研究者没有讨论的场所,研究会会举办兼具学习会性质的研讨会,为研究者提供相互探讨的场所,其网站正在建设中。
图4:仿生技术相关论文发表情况
生物功能的基本原理和机制被发现并查明的5~7年后,相关论文将会激增。第一行为壁虎脚的粘合机制,第二行为荷叶的拒水效果。分析论文主题可知,其中大多数是材料科学类。《日经制造》根据细田资料制作。
  其实,NIMS也打算在纳米级别上利用仿生技术。其中包括模仿鲍鱼壳构造的高韧性陶瓷,以及模仿能够在腐蚀材料的表面同时生根的苔藓以及骨骼生长过程的人工骨骼成形等。
  其中,高韧性陶瓷的研究把着眼点放在了陶瓷质地的鲍鱼壳不容易碎裂这一点上。通过微细陶瓷层与蛋白质层的多层重叠,鲍鱼壳把受到的外力从陶瓷层分散到蛋白质层,确保了高韧性。如果能够在纳米级别人工合成这种构造,“能够塑性变形的陶瓷将不再是梦想”(细田)。
从仿生到“生物规范工程学”
日本东北大学的石田和下村为了让仿生技术能够从日本走向世界,正在探索自主的发展形态。二人的目标是在描绘无损舒适性,并且环境负荷小的新生活方式的同时,在生物和植物等自然界之中,寻找实现这种新生活的技术,这属于社会工程学的范畴。仿生技术在其中的定位是实现新生活方式的重要基础技术(图5)。
图5:生物规范工程学的形态
通过思考未来的生活方式,从自然中寻找需要的技术,通过将其作为模型或是进行模仿,开发不破坏环境的工业技术。图为《日经制造》根据石田的资料制作
  下村将其称为“生物规范工程学”,按照下村的说法,“生物规范工程学”必须具备以下三点:[1]形成生物和植物拥有的特殊动作原理和自组装等构造的机制;[2]生物学、博物学与工程学的融合;[3]社会接受性。其中最为重要的是[3]社会接受性。无论环境负荷多么低、多么节能,如果人类在使用时会感觉到不便,就无法实现普及。如何在提高生活质量的同时,把自然的智慧带到工业产品之中——这是生物规范工程学必须要考虑的问题。
  石田等人认为日本在该领域具有优势是有其理由的。因为与信仰“人类应该控制自然”的西方观点相比,东方的“人类属于自然”的社会观与生物规范工程学更加契合。
  石田已经计划于2012年内开展“家庭农场”试验。在城市的家庭中,以轻量、多孔质的二氧化硅为培养基种植蔬菜。这种培养基的原型是土壤。鉴于在家中难以使用土壤,石田把目光对准了含有养分、微生物和水等物质,重量轻便于处理的多孔质二氧化硅(图6)。二氧化硅的密度是0.01g/cm3。因为保水力好,微生物也能够在其中生存。
图6:利用多孔质的二氧化硅制造的培养基
保湿性优良,蔬菜栽培需要的微生物也容易栖息。密度为水的1%左右,质地非常轻,因此便于搬运。
  现在,石田正准备将其应用于东日本大地震的重建。如果能够利用临时住宅的集会场所的墙壁种植蔬菜,人们自然就会集中到一起,具有很好的宣传效果。以提高生活质量为宗旨的生物规范工程学的真谛就在于此。
不可或缺的多领域合作
  今后,要想扩大仿生技术和生物规范工程学的研究范围,推动实用化的发展,材料和工学研究者与生物学和农学等领域的研究者的合作必不可少。在此之前,关注仿生技术的部分工学研究者和技术人员把着眼点放在特定的生物功能之上,推动了这些功能在工业产品中的应用。但这种方式得到的信息十分有限,因此必须建立把生物学信息更广泛地应用于工学的机制。
  关于与其他领域的合作,日本东北大学的下村等人正在建设新的框架。已经开展的具体行动包括申请2012年度日本学术振兴会的科学研究费(科研费),构建机械和材料领域的工学研究者和技术人员与生物学、农学、博物学研究者交换信息的场所,并构建关于生物功能的参考数据库。
  将研究与产业化挂钩的过程中,企业与大学的合作必不可少。积水化学工业的集团公司——Sekisui Integrated Research(总部:京都市)首席研究员佐野健三表示:“仿生技术虽然是一项有趣的研究,但其是否拥有经济合理性则不进行开发就无法确定。重要的是播下研究的种子,并长期培养。”
  日本要想发展仿生技术使其与产业挂钩,不落后于欧洲,产官学研究机构交流信息的场所、参与研究的企业群组成的团体将愈发重要。(记者:吉田 胜)
■日文原文:生物模倣の実用例が続々登場,環境対応をナノテクが後押し
研究生必备与500万研究生在线互动!
扫描下载送金币
浏览器进程
登录小木虫
打开微信扫一扫
随时随地聊科研

我要回帖

更多关于 仿造的古籍 的文章

 

随机推荐