1、小鸡为什么吃石子。
2、向日葵为什么向阳。
3、水蜘蛛为什么可以在水上行走。
4、彩虹是怎样形成的。
5、蜘蛛吃死物吗。
6、飞蛾为什么扑火。
7、荧光棒是怎样的原理。
8、高温水为什么会使塑料瓶揉缩。
科学小论文范文:
科学往往是很吸引人的,而且科学还是永远探索不完的,永远新鲜有趣的。比如,就拿漂浮的蛋这一实验来说,也许很多人都知道,但做实验的过程远比听说的要新颖。
实验很简单,材料只有四样:大玻璃杯、食盐、勺子、鸡蛋。虽说简单,却可以从中收获无限识。
首先,我拿起水壶,在玻璃杯里倒进大半杯水,接着轻轻把鸡蛋放入水中,鸡蛋在杯中沉入底后就不动了,似乎在休息。
接着我放了1勺盐,鸡蛋没有动静;我开始放第2勺盐,鸡蛋仍然安安静静的躺在杯底;我一气之下了6勺满满的盐,鸡蛋没有辜负我的期望,上升的一点;最后,我不服输的放了2勺盐,鸡蛋上升指又高了些。
我听说别人的鸡蛋可以漂浮的水中间,就把鸡蛋拿出来,用勺子搅拌了一下未融的半成品盐,待杯子底部的盐化了,才慢慢把鸡蛋放进去,这时,鸡蛋不停地上下浮动,我等了一会儿,鸡不动了,挣扎着浮出水面。
最后,我把剩余的2勺盐倒入水中,鸡蛋逐步上升到水面,如戴着泳圈在自在的游泳,我淘气的手指把鸡蛋往下压,松开手指,鸡蛋又很快飘回到水面。
为什么鸡蛋会飘浮起来?我从电脑中取得了收获:鸡蛋刚放进清水里的时候,由于鸡蛋的比重比大,鸡蛋受到的浮力小于本身的重量,所以它会沉到底部。
放盐后,水把盐溶解了,水的比重增,当盐水的比重等于鸡蛋的比重时,鸡蛋就会浮在水的中间;再继续加盐,当盐水的比重大于鸡蛋比重时,鸡蛋就会浮在盐水的上面,并且鸡蛋顶部露出水面。
老师在课堂上告诉我们:任何物体在水里都会受到浮力,受到浮力的.大小等于物体排开水的体的重量,这就是着名的“阿基米德定律”,也叫浮力定律。其实科学就和长大要学的物理差不。
我很惊奇这个小小的实验居然蕴含了如此丰厚的定理,这才明白科学除了用来放松用来玩,还我们有很深的重要性。我暗暗下定决心在往后的日子里好好学物理,好好研究这有趣的科学。
在我们现实生活中的每个角落,科技随处可见,如手机、电脑、电视、冰箱等,都是科技发展的证明。下面是关于科技的议论文素材,一起来看吧!
首先,技术创新使我们的生活变得越来越方便,无论是在交通方面还是在通讯方面。例如,以技术创新为依托,现代通讯技术在不断进步和发展,与此同时,现代通讯技术的种类也越来越多,特别是智能手机作为现代社会最伟大的发明之一,对我们的生活有着深远的影响,而人们也渐渐习惯于以这种便捷的方式进行沟通交流和信息搜索。
其次,技术创新在农业方面,尤其是在转基因食品中得到了充分的体现,我们不得不说转基因食品就像是打开的潘多拉盒子,因为这是人类历史上最伟大的生物技术创新。例如,对于植物和动物来说,转基因食品摆脱了四季限制,降低了生产成本,提高了作物产量,打破了地域限制,破解了物种障碍,因此,我认为,转基因方面的技术创新是新世纪的重大突破。
最后一点,技术创新已经成为了企业发展的不懈动力和强大支撑;技术创新已然成为了公司可持续发展的源泉和活力。例如,阿里巴巴集团通过技术创新不仅提高了企业的生产效率和竞争力,而且渐渐的扩大了经营规模,慢慢的囊括了不同行业,直到今天,我们每天都在和阿里会面,与支付宝见面,与淘宝邂逅,与马云打交道。
对于科技这个词语,大家都很熟悉,电脑、电视都是科技的馈赠,自从瓦特发明了蒸汽机,整个世界就迈入了科技时代;自从爱迪生发明了电灯,我们就离开了黑暗并且更加崇拜科技了;牛顿因为树上掉下来的一个苹果,发现了万有引力定律,又让科技向前迈进了一大步。
科技好玩,至少包含着这样几层意思,一是科技本身,支配宇宙的自然规律是充满魅力的;其二,探索科技的过程,揭示自然规律的过程也是趣味无穷的。其三,科学一旦与人生碰撞,在科技与人类社会的关系——无论是正面与反面,也是趣味横生的。
科技无处不在,科技让人类无比自豪!
科技对于我们是多么重要啊,假如有一天,没有了电,人们将继续生活在黑暗中;没有了煤气、石油,那人们岂不是还要吃生的东西或钻木取火,继续用生畜拉车;没有了手机和电脑,人们是不是还用飞鸽传书。
由此看来,我们的衣食住行一刻都离不开科技的贡献,相信我们身边的每个人也在时时刻刻的对科技的发展以自己的方式探索着,贡献着;我虽然顽皮,但也着实体验了一把科技的滋味:我把一些苏打粉放进被子里,然后加上白醋,这时“火山爆发”了!马上,白醋冒起了洁白的泡泡。
科学技术的日新月异,使得科学不只为尖端技术服务,也越来越多地渗透到我们的日常生活之中,这就需要正处于青少年时代的我们热爱科学,学习科学。我曾参加省级科技创新发明活动比赛,荣获二等奖的好成绩,也曾参加市级的科技创新发明活动比赛,也获得了三等奖,这些成绩和老师的辛勤培育是离不开的。参加科技比赛、阅读科技书籍,使我明白了许多道理。精密的机器人,不用燃料的汽车,虚拟的足球赛,高科技信息的传送等等,一个个生动有趣的现象,越来越激起了我探索科学的愿望。
我们每个人都要学习科学,传播文明,在享受新生活的同时,更要创造新生活。如今,科技产品的更新换代不断加快,可视电视、电脑上网、心脏起搏器,已经不算新鲜了。从1901年发明的真空吸尘器,到人造地球卫星、载人宇宙飞船,科技在不同领域里显示出了强大的力量。电子产业、通讯技术的日益普及,纳米技术、超导材料的广泛应用,不久的一天,也许就在你的餐桌上,会出现像太空青椒、人造牛排等生物工程食品。学习科学技术,不仅仅是为了成为科学家,也是为了能适应生活,更为了能成为新世纪的主人,担起新世纪,为国家建设,为人类文明做出贡献。
1.可以关注一些科学家的事例,比如屠呦呦发明了青蒿素获奖
2.可以根据自己的兴趣爱好,比如喜欢地理的话就可以积累关于宇宙,地壳运动,大气运动这些
1、语言大师侯宝林只上过三年小学,由于勤奋好学,他的艺术水平达到炉火纯青的程度,成为著名的语言专家。有一次,他为了买到自己想买的一部明代笑话书《谑浪》,跑遍北京所有的旧书摊也未如愿。
后来,他得知北京图书馆有这本书。时值冬日,他顶着狂风,冒着大雪,一连18天都跑到图书馆去抄书.一部10万字的书,终于被他抄录到手。侯宝林正是凭着“不达目的不罢休”的坚强毅力,才成为一代相声艺术宗师的。
2、苏联卫国战争期间,阿列克谢梅列西耶大的飞机被击落,他在双腿受伤、冻坏的情况下爬行了18个昼夜,最后同到自己的阵地。双腿截肢后,他经过锻炼,重又驾驶歼击机作战。他很重视人的体育积极性,这种积极性对健康和精神状态都是不可缺少的。他从童年时代起就喜欢运动,喜欢划船,踢过足球,当过守门员。他停飞后每天早晨拼命锻炼。每天早晨洗冷水澡,以此预防感冒。
3、卢嘉锡是我国著名化学家,他在20世纪30年代曾兼任福建省立夏中学数学教师。当时,有个学生故意拿了一道登在外国杂志上悬赏解答的数学题目为难卢嘉锡,但他并不介意,只是说:“我留着做做看,看能否解答出来。”经过一天多的精密计算,卢嘉锡把题答了出来。他向那位学生详细地介绍了解题的方法和具体过程,那个学生从心底佩服卢嘉锡的博学多才。卢嘉锡诚恳地对那位学生说:“我们闽南有句老话,叫做‘只有状元学生,没有状元先生’。我现在虽然是你的先生,但还有许多东西自己也不懂,要进一步学习。”
1、费尔德曾构思了海底电缆的计划,他把自己的所有财产都投资在这个项目上。可第一次铺设电缆失败了,第二、第三次均告失败。面对失败的打击,他并没有放弃这个计划。1858年,电缆铺好了,很遗憾电缆只运营几个星期就停了。之后他又在大西洋上来回50次筹集资金,眼看快成功了,可铺到2400英里的地方电缆又断了,一切又白费了,这次损失600万元。1866年7月27日,经过12年不懈努力,电缆铺设终于成功了。
2、1999年的阿里巴巴创办者马云,对梦想从不放弃。他曾经想考重点小学,但却失败了;考重点中学也失败了;考大学更是考了三年才考上;想念哈佛大学也没有成功。但他有坚持不懈,勇往直前的精神,俗话说:“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。”他通过自已的努力,最终成功了。他说:梦想,要脚踏实地,和眼泪是息息相关的。
3、有一次上课时,苏格拉底布置了一道作业,让他的弟子们做一件事,每天把手甩一百下,过一个星期后,他问有多少人现在还坚持做了的,百份之九十的人都坚持做了。一个月后,他又问了,现在只有一半的人了。一年后,他再问了,现在只有一个人坚持下来了,那个人就是柏拉图。
4、爱迪生曾花了整整十年去研制蓄电池,其间不 断遭受失败的他一直咬牙坚持,经过了五万次左右的试验,终于取得成功,发明了蓄电池, 被人们授与“发明大王”的美称。
5、我国著名数学家华罗庚家境贫寒,没有文凭、没有导师,地处穷乡僻壤,但他却成功了。他靠的是什么?正是锲而不舍这一精神!他卧床三月翻书不止就可以作证。
1、家住重庆市大渡口区东风村特2栋的八旬老人陶志明,从58岁起开始参加自学考试。作为一名高龄考生,自学各门课程的难度不言而喻。据陶志明老人回忆说,刚开始他为自己制定的目标是,4年内考完17门课程。3年过去了,他报考的科目居然一门都没过,但老人从未想过放弃。从第4年起,陶志明老人开始总结学习经验,当年就有两门及格,所有课程中最难的一门是《自然科学概论》,他一连考了7次才取得成功。2002年4月,已经77岁的陶志明老人终于拿到了自己苦学18年的大专毕业文凭。
2、在美国威斯康星大学有这样一条规定:教授年满70岁便要被强迫退休。理由是70高龄已没有精力和体力做研究或教学工作。1943年,该校的植物学教授德格博士正好70岁,虽然他热爱自己的事业,却不得不对他所留恋的一切说再见。德格心中一直深藏着一个梦想,那就是研制出一种特效药,拯救那些被病魔折磨的人,如今虽然退休了,他却不想让梦想也退休。不久后,德格受聘于雷德里化验所的制药厂,作为顾问并担任独立研究工作。两年过去了,他一无所获。可他仍然不放弃希望,因为心中的梦想仍在向他召唤。通过多次实验,他终于分离出一种抗生素,这种抗生素可以控制50余种严重病症,这就是著名的金霉素。
3、俄国杰出的化学家门捷列夫,一生从事化学研究,勤奋不息,硕果累累。由于生活清苦和过于用功,门捷列夫在大学时期身体累垮了,住进了医院。他偷偷地把书本纸笔带进病房,一天也没有停止过学习。到了晚年,他常常生病,视力衰退到半盲,双手颤抖到不能写字,但仍口授由秘书笔录编写自传,整理自己的著作。临终前三个星期,他还参加讨论了乘飞艇到北极探险的计划。门捷列夫就是以这样不断奋斗的精神,发现了元素周期律,发表了500多篇科学著作,其中包括篇幅达数千页的著作。
自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在,它们在漫长的进化过程中,为了求得生存与发展,逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中,与周围的生物作“邻居”,这些生物各种各样的奇异本领,吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力,开始了对生物的模仿,并通过创造性的劳动,制造出简单的工具,增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
人类最初使用的工具——木棒和石斧,无疑是使用的天然木你从哪些动植物身上得到的启发,你想发明什么东西
要没发明过的,例如:从变色龙身上得到启发发明变色灯,从蜻蜓发明一种可观察四周情况的眼镜专用于侦察......
棒和天然石块;骨针的使用,无疑是鱼刺的模仿……所有这些工具的创造、生活方式的选择都不能说是人类凭空想象出来的,只能说是对自然中存在的物质及某种构成方式的直接模拟,是人类初级创造阶段,也可以说是仿生设计的起源和雏形,它们虽然是比较粗糙的、表面的,但却是我们今天得以发展的基础。
在我国,早就有着模仿生物的事例。相传在公元前三千多年,我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢,以防御猛兽的伤害;四千多年前,我们的祖先“见飞蓬转而知为车”,即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子,做有装成轮子的车。古代庙宇中大殿之前的山门的建造,就其建筑结构来看,颇有点像大象的架势,柱子又圆又粗,仿佛像大象的腿。
我国古代勤劳勇敢的劳动人民对于绚丽的天空、翱翔的苍鹰早就有着各种美妙的幻想。根据秦汉时期史书记载,两千多年前,我国人民就发明了风筝,并且应用于军事联络。春秋战国时代,鲁国匠人鲁班,本名公输般,首先开始研制能飞的木鸟;并且他从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示而发明了锯子。据《杜阳杂编》记载,唐朝有个韩志和,“善雕木作鸾、鹤、鸦、鹊之状,饮啄动静与真无异,以关戾置于腹内,发之则凌云奋飞,可高达三丈至一二百步外,始却下。”西汉时期,有人用鸟的羽毛做成翅膀,从高台上飞下来,企图模仿鸟的飞行。以上几例,足以说明我国古代劳动人民对鸟类的扑翼和飞行,进行了细致的观察和研究,这也是最早的仿生设计活动之一。明代发明的一种火箭武器“神火飞鸦”,也反映了人们向鸟类借鉴的愿望。
我国古代劳动人民对水生动物——鱼类的模仿也卓有成效。通过对水中生活的鱼类的模仿,古人伐木凿船,用木材做成鱼形的船体,仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹,由此取得水上运输的自由。后来随制作水平提高而出现的龙船,多少受到了不少动物外形的影响。古代水战中使用的火箭武器 “火龙出水”,多少有点模仿动物的意思。以上事例说明,我国古代劳动人民早期的仿生设计活动,为开发我国光辉灿烂的古代文明,创造了非凡的业绩。
外国的文明史上,大致也经历了相似的过程。在包含了丰富生产知识的古希腊神话中,有人用羽毛和蜡做成翅膀,逃出迷宫;还有泰尔发明了锯子,传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。十五世纪时,德国的天文学家米勒制造了一只铁苍蝇和一只机械鹰,并进行了飞行表演。
一八ОΟ年左右,英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利,模仿鳟鱼和山鹬的纺锤形,找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线,对航空技术的诞生起了很大的促进作用。同一时期,法国生理学家马雷,对鸟的飞行进行了仔细的研究,在他的著作《动物的机器》一书中,介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中,发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿,根据鸟类飞行机构的原理,终于制造了能够载人飞行的滑翔机。
后来,设计师又根据鹤的体态设计出了掘土机的悬臂,在一战期间,人们从毒气战幸存的野猪身上中获得启示,模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具。在海洋中浮沉灵活的潜水艇又是运用了哪些原理?虽然我们无据考察潜艇设计师在设计潜艇时是否请教了生物界,但是不难设想,设计师一定懂得鱼鳔是鱼类用来改变身体同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陆两栖动物,体育工作者就是认真研究了青蛙在水中的运动姿势,总结出一套既省力、又快速的游泳动作——蛙泳。另外,为潜水员制作的蹼,几乎完全按照青蛙的后肢形状做成,这就大大提高了潜水员在水中的活动能力。
二、仿生设计的历史
自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在,它们在漫长的进化过程中,为了求得生存与发展,逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中,与周围的生物作“邻居”,这些生物各种各样的奇异本领,吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力,开始了对生物的模仿,并通过创造性的劳动,制造出简单的工具,增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
人类最初使用的工具——木棒和石斧,无疑是使用的天然木棒和天然石块;骨针的使用,无疑是鱼刺的模仿……所有这些工具的创造、生活方式的选择都不能说是人类凭空想象出来的,只能说是对自然中存在的物质及某种构成方式的直接模拟,是人类初级创造阶段,也可以说是仿生设计的起源和雏形,它们虽然是比较粗糙的、表面的,但却是我们今天得以发展的基础。
在我国,早就有着模仿生物的事例。相传在公元前三千多年,我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢,以防御猛兽的伤害;四千多年前,我们的祖先“见飞蓬转而知为车”,即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子,做有装成轮子的车。古代庙宇中大殿之前的山门的建造,就其建筑结构来看,颇有点像大象的架势,柱子又圆又粗,仿佛像大象的腿。
我国古代勤劳勇敢的劳动人民对于绚丽的天空、翱翔的苍鹰早就有着各种美妙的幻想。根据秦汉时期史书记载,两千多年前,我国人民就发明了风筝,并且应用于军事联络。春秋战国时代,鲁国匠人鲁班,本名公输般,首先开始研制能飞的木鸟;并且他从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示而发明了锯子。据《杜阳杂编》记载,唐朝有个韩志和,“善雕木作鸾、鹤、鸦、鹊之状,饮啄动静与真无异,以关戾置于腹内,发之则凌云奋飞,可高达三丈至一二百步外,始却下。”西汉时期,有人用鸟的羽毛做成翅膀,从高台上飞下来,企图模仿鸟的飞行。以上几例,足以说明我国古代劳动人民对鸟类的扑翼和飞行,进行了细致的观察和研究,这也是最早的仿生设计活动之一。明代发明的一种火箭武器“神火飞鸦”,也反映了人们向鸟类借鉴的愿望。
我国古代劳动人民对水生动物——鱼类的模仿也卓有成效。通过对水中生活的鱼类的模仿,古人伐木凿船,用木材做成鱼形的船体,仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹,由此取得水上运输的自由。后来随制作水平提高而出现的龙船,多少受到了不少动物外形的影响。古代水战中使用的火箭武器 “火龙出水”,多少有点模仿动物的意思。以上事例说明,我国古代劳动人民早期的仿生设计活动,为开发我国光辉灿烂的古代文明,创造了非凡的业绩。
外国的文明史上,大致也经历了相似的过程。在包含了丰富生产知识的古希腊神话中,有人用羽毛和蜡做成翅膀,逃出迷宫;还有泰尔发明了锯子,传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。十五世纪时,德国的天文学家米勒制造了一只铁苍蝇和一只机械鹰,并进行了飞行表演。
一八ОΟ年左右,英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利,模仿鳟鱼和山鹬的纺锤形,找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线,对航空技术的诞生起了很大的促进作用。同一时期,法国生理学家马雷,对鸟的飞行进行了仔细的研究,在他的著作《动物的机器》一书中,介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中,发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿,根据鸟类飞行机构的原理,终于制造了能够载人飞行的滑翔机。
后来,设计师又根据鹤的体态设计出了掘土机的悬臂,在一战期间,人们从毒气战幸存的野猪身上中获得启示,模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具。在海洋中浮沉灵活的潜水艇又是运用了哪些原理?虽然我们无据考察潜艇设计师在设计潜艇时是否请教了生物界,但是不难设想,设计师一定懂得鱼鳔是鱼类用来改变身体同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陆两栖动物,体育工作者就是认真研究了青蛙在水中的运动姿势,总结出一套既省力、又快速的游泳动作——蛙泳。另外,为潜水员制作的蹼,几乎完全按照青蛙的后肢形状做成,这就大大提高了潜水员在水中的活动能力。
三、仿生设计的发展
到了近代,生物学、电子学、动力学等学科的发展亦促进了仿生设计学的发展。以飞机的产生为例:
在经过无数次模仿鸟类的飞行失败后,人们通过不泄的努力,终于找到了鸟类能够飞行的原因:鸟的翅膀上弯下平,飞行时,上面的气流比下面的快,由此形成下面的压力比上面的大,于是翅膀就产生了垂直向上的升力,飞的越快,升力越大。
1852年,法国人季法儿发明了气球飞船;1870年,德国人奥托.利连塔尔制造了第一架滑翔机。利连塔尔是十九世纪末的一位具有大无畏冒险精神的人,他望着家乡波美拉尼亚的鹳用笨拙的翅膀从他房顶上飞过,他坚信人能飞行。1891年,他开始研制一种弧形肋状蝙蝠翅膀式的单翼滑翔机,自己还进行试飞;此后五年,他进行了2000多次滑翔飞行,并同鸟类进行了对比研究,提供了很有价值的资料。资料证明:气流流经机翼上部曲面所走路程,比气流流经机翼下平直表面距离较长,因而也较快,这样才能保证气流在机翼的后缘点汇合;上部气流由于走的较快,它就较为稀薄,从而产生强大吸力,约占机翼升力的三分之二大小;其余的升力来自翼下气流对机翼的压力。
19世纪末,内燃机的出现,给了人类有史以来一直梦寐以求的东西:翅膀。不用说这种翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的,然而这却是使人类能随风伴鸟一起飞翔的翅膀。
莱特兄弟发明了真正意义上的飞机。在飞机的设计制作过程中,怎样使飞机拐弯和怎样使它稳定一直困绕着他们。为此,莱特兄弟又研究了鸟的飞行。例如,他们研究鶙鵳怎样使一只翅膀下落,靠转动这只下落的翅膀保持平衡;这只翅膀上增大的压力怎样使鶙鵳保持稳定和平衡。这两个人给他们的滑翔机装上翼梢副翼进行这些实验,由地面上的人用绳控制,使之能转动或弯翘。他们的第二个成功的实验是用操纵飞机后部一个可转动的方向舵来控制飞机的方向,通过方向舵使飞机向左或向右转弯。
后来,随着飞机的不断发展,它们逐渐失去了原来那些笨重而难看的体形,它们变的更简单,更加实用。机身和单曲面机翼都呈现出象海贝、鱼和受波浪冲洗的石头所具有的自然线条。飞机的效率增加了,比以前飞的更快,飞的更高。到了现代,科学高度发展但环境破*、生态失衡、能源枯竭,人类意识到了重新认识自然,探讨与自然更加和谐的生存方式的高度紧迫感,亦认识到仿生设计学对人类未来发展的重要性。特别是一九六Ο年秋,在美国俄亥俄州召开了第一次仿生学讨论会,成为仿生学的正式诞生之日。
此后,仿生技术取得了飞跃的发展,并获得了广泛的应用。仿生设计亦随之获得突飞猛进的发展,一大批仿生设计作品如智能机器人、雷达、声纳、人工脏器、自动控制器、自动导航器等等应运而生。
近代,科学家根据青蛙眼睛的特殊构造研制了电子蛙眼,用于监视飞机的起落和跟踪人造卫星;根据空气动力学原理仿照鸭子头形状而设计的高速列车;模仿某些鱼类所喜欢的声音来诱捕鱼的电子诱鱼器;通过对萤火虫和海蝇地发光原理的研究,获得了化学能转化为光能的新方法,从而研制出化学荧光灯等等。
目前,仿生设计学在对生物体几何尺寸及其外形的模仿同时,还通过研究生物系统的结构、功能、能量转换、信息传递等各种优异特征,并把它运用到技术系统中,改善已有的工程设备,并创造出新的工艺、自动化装置、特种技术元件等技术系统;同时仿生设计学为创造新的科学技术装备、建筑结构和新工艺提供原理、设计思想或规划蓝图,亦为现代设计的发展提供了新的方向,并充当了人类社会与自然界沟通信息的“纽带”。
对人脑的探索,可以展望未来的电子计算机有可能具有生物原理的功能。同它相比,现在的电子计算机只能作为算盘。
对植物光合作用的研究,将为延长人类的寿命、治疗疾病提供一个崭新的医学发展途径。
对生物体结构和形态的研究,有可能使未来的建筑、产品改变模样。使人们从“城市”这个人造物理环境中重新回归“自然”。
信天翁是一种海鸟,它具有淡化海水的器官——“去盐器”。对其“去盐器”的结构及其工作原理的研究,可以启发人们去改善旧的或创造出新的海水淡化装置。
白蚁能把吃下去的木质转化为脂肪和蛋白质,对其机理的研究,将会对人工合成这些物质有所启发。
同时仿生设计亦可对人类的生命和健康造成巨大的影响。例如人们可以通过仿生技术,设计制造制造出人造器官,如血管、肾、骨膜、关节、食道、气管、尿道、心脏、肝脏、血液、子宫、肺、胰、眼、耳以及人工细胞。专家预测,在本世纪中后期,除脑以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如,模拟血液的功能,可以制造、传递养料及废物,并能与氧气及二氧化碳自动结合并分离的液态碳氢化合物人工血;模拟肾功能,用多孔纤维增透膜制成血液过滤器,也就是人工肾;模拟肝脏,根据活性碳或离子交换树脂吸附过滤有毒物质,制成人工肝解毒器;模拟心脏功能,用血液和单向导通驱动装置,组成人工心脏自动循环器。
随着对宇宙的开发、认识,又将使人类不但认识宇宙中新形式的生命,而且将为人类提供崭新的设计,创造出地球上前所未有的新的装置……
仿生设计学的特点与研究内容
仿生设计学是仿生学与设计学互相交叉渗透而结合成的一门的边缘学科,其研究范围非常广泛,研究内容丰富多彩,特别是由于仿生学和设计学涉及到自然科学和社会科学的许多学科,因此也就很难对仿生设计学的研究内容进行划分。这里,我们是基于对所模拟生物系统在设计中的不同应用而分门别类的。归纳起来,仿生设计学的研究内容主要有:
1、形态仿生设计学研究的是生物体(包括动物、植物、微生物、人类)和自然界物质存在(如日、月、风、云、山、川、雷、电等)的外部形态及其象征寓意,以及如何通过相应的艺术处理手法将之应用与设计之中。
2、功能仿生设计学主要研究生物体和自然界物质存在的功能原理,并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统,以促进产品的更新换代或新产品的开发。
3、视觉仿生设计学研究生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理,以及相应的视觉流程;他广泛应用与产品设计、视觉传达设计和环境设计之中。
4、结构仿生设计学主要研究生物体和自然界物质存在的内部结构原理在设计中的应用问题,适用与产品设计和建筑设计。研究最多的是植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构。
从国内外仿生设计学的发展情况来看,形态仿生设计学和功能仿生设计学是目前研究的重点。在本文中,还将着重介绍形态仿生学和功能仿生设计学的一些情况。
作为一门新兴的边缘交叉学科,仿生设计学具有某些设计学和仿生学的特点,但他又有别与这两门学科。具体说来,仿生设计学具有如下特点:
1、 艺术科学性
仿生设计学是现代设计学的一个分支、一个补充。同其它设计学科一样,仿生设计学亦具有它们的共同特性——艺术性。鉴于仿生设计学是以一定的设计原理为基础、以一定的仿生学理论和研究成果为依据,因此具有很严谨的科学性。
2、 商业性
仿生设计学为设计服务,为消费者服务,同时优秀的仿生设计作品亦可刺激消费、引导消费、创造消费。
3、 无限可逆性
以仿生设计学为理论依据的仿生设计作品都可以在自然界中找到设计的原型,该作品在设计、投产、销售过程中所遇到的各种问题又可以促进仿生设计学的研究与发展。仿生学的研究对象是无限的,仿生设计学的研究对象亦是无限的;同理,仿生设计的原型也是无限的,只要潜心研究大自然,我们永远不会有江郎才尽的一天。
4、 学科知识的综合性
要熟悉和运用仿生设计学,必须具备一定的数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科的基本知识。
5、 学科的交叉性
要深入研究和了解仿生设计学,必须在设计学的基础上,既要了解生物学、社会科学的基础知识,又要对当前仿生学的研究成果有清晰的认识。它是产生于几个学科交叉点上的一种新型交叉学科。
五、仿生设计学的研究方法
仿生设计学的研究方法主要为“模型分析法”:
1、创造生物模型和技术模型
首先从自然中选取研究对象,然后依此对象建立各种实体模型或虚拟模型,用各种技术手段(包括材料、工艺、计算机等)对它们进行研究,做出定量的数学依据;通过对生物体和模型定性的、定量的分析,把生物体的形态、结构转化为可以利用在技术领域的抽象功能,并考虑用不同的物质材料和工艺手段创造新的形态和结构。
① 从功能出发、研究生物体结构形态——制造生物模型。
找到研究对象的生物原理,通过对生物的感知,形成对生物体的感性认识。从功能出发,研究生物的结构形态,在感性认识的基础上,除去无关因素,并加以简化,提出一个生物模型。对照生物原型进行定性的分析,用模型模拟生物结构原理。目的是研究生物体本身的结构原理。
② 从结构形态出发,达到抽象功能——制造技术模型
根据对生物体的分析,做出定量的数学依据,用各种技术手段(包括材料、工艺等)制造出可以在产品上进行实验的技术模型。牢牢掌握量的尺度,从具象的形态和结构中,抽象出功能原理。目的是研究和发展技术模型本身。
2、可行性分析与研究
建立好模型后,开始对它们进行各种可行性的分析与研究:
① 功能性分析
找到研究对象的生物原理,通过对生物的感知,形成对生物体的感性认识。从功能出发,对照生物原型进行定性的分析。
② 外部形态分析
对生物体的外部形态分析,可以是抽象的,也可以是具象的。在此过程中重点考虑的是人机工学、寓意、材料与加工工艺等方面的问题。
③ 色彩分析
进行色彩的分析同时,亦要对生物的生活环境进行分析,要研究为什么是这种色彩?在这一环境下这种色彩有什么功能?
④ 内部结构分析
研究生物的结构形态,在感性认识的基础上,除去无关因素,并加以简化,通过分析,找出其在设计中值得借鉴合利用的地方。
⑤ 运动规律分析
利用现有的高科技手段,对生物体的运动规律进行研究,找出其运动的原理,针对性的解决设计工程中的问题。
当然,我们还可以就生物体的其它方面进行各种可行性分析