2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯和美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯共同开发了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。此项技术突破有望革新制氢工艺，从而利用太阳光大规模生产清洁的绿色能源——氢气。
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键，而在面临能源和环境瓶颈的今天，这一过程中的能量转换也为人类提供了极其重要的启示。由于自然光谱的吸收率等原因，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工设计的系统中，研发人员借鉴其光反应与电子传递的机制，并提高通量转化的效率，使其适于太阳能的转化利用。
事实上，在上述模拟光合作用的研究取得突破前，微生物制氢的已经成为了研究热点。自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，但其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气也会像制造沼气一样得到大规模应用。
模拟光合作用制氢或者微生物制氢过程正是仿生学“向自然学习”的思想典型。20世纪40年代以来，工程技术领域中出现了调节理论，人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比，认识到二者包含自动调节系统。此后，科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来，成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁，奠定了生物与机器在控制与通信方面进行类比的科学理论基础。之后，斯蒂尔提出了仿生学的研究理念。自上个世纪末以来，人们认识到大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能具有无可比拟的优越性，仿生学也因此显示出巨大的生命力。
从研究模式上看，仿生学作为模仿生物建造技术装置的科学，是一门新兴的边缘科学，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、装置和设备，创造新技术。模拟光合作用制氢过程的例子很好地诠释了这一点。在植物的光合作用中，锰参与几种酶系统。由于锰可以在正二价和正四价两种化合价之间转换，所以主要在氧化还原和电子转移中发挥作用。这一思想为斯皮西亚等人的研究提供了启发。他们在确定锰簇是植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的中心枢纽后，开发出这种人造锰簇，并利用这些分子的能力将水分解成氢和氧。研究者将一层质子导体――Nafion薄膜覆盖在一个电极上，形成一层仅几微米厚的聚合体膜，这层聚合体膜充当锰簇的载体。锰在正常情况下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化剂结合，形成不易分解的稳定结构，当水到达此催化剂时，在阳光的照射下便发生氧化反应。
在能源和环境领域，这一技术显示了仿生技术的巨大应用潜力和价值。初步测试表明，此催化剂连续使用3天之后还有活性，由此分解出来的氢气和氧气可以在燃料电池中结合成水，产生电力供住宅和电动车全天24小时使用，且不排放碳而是排放水。虽然此系统的效率还有待提高，但研究者可以不断地从自然界中学习，使之更为高效，从而使氢这一能效高且没有碳排放的绿色清洁能源为未来社会所用。
生物体的电子传递过程在能源仿生技术上的另一重点研究领域是生物发光。生物发光和光合作用都是“电子传递”现象，而从某个角度上看，生物发光可以看作是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。生物光作为冷光源，具有效能高、效率大、不发热、不产生其它辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等，都是一种安全可靠的理想照明光源。通过模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，晚上再将光能释放。人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光，创造一种新的高效光源——冷光源成为可能。然而，人们对于萤火虫等发光机制的研究仍然有待深入。如果将光合作用和生物发光机制在仿生学框架下同时加以研究，就有可能在能量利用的电子传递现象中取得进展，从而实现能源利用更为巨大的进步。
从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，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蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，在能源技术上的应用潜力也极其巨大，有助于破解人们所面临的能源瓶颈问题，同时解决石化能源等所带来的环境问题。
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智能无机非金属材料
摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。
关键词 智能；无机非金属；材料
智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。
同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类：
被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料；
主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料；
很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。
R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。
自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。
由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。
国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。
美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。
1、 智能材料的构思[8]
一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。
1．1 仿生与智能材料
智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。
对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。
1．2 智能材料设计
用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。
此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。
自动装置M可用以下6个参数描绘：
M＝（θ，X，Y，f，g，θ0）
式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。
为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。
一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。
实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。
对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即
此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。
1．3 智能材料的创制方法
基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。
2、 智能无机非金属材料
智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。
2．1 智能陶瓷
2．1．1 氧化锆增韧陶瓷
氧化锆晶体一般有三种晶型：
其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。
氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。
当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。
由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。
材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。
对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。
对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。
2．1．2灵巧陶瓷
灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。
录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。
Pachinko游戏机也应用了类似的原理。
利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。
根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。
2.1.3压电仿生陶瓷
材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。
图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。
应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。
2．2 智能水泥基材料
在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。
智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。
水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中0.5%（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。
将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。
在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。
一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。
美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。
3、结语
目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。
（1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中；
（2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学；
（3）加强应用基础研究。
例1 最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。对蚕或者蜘蛛吐出的丝,人类自古就有很大的兴趣,这些丝纯粹是由蛋白质构成,特别是蚕丝,具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法,此后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维,例如,牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺) ,商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成) 等等。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功 。另外人们还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛丝也进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。
例2 在陆地上生活的动物有肺,能够分离空气中的氧气,水里的鱼有鳃,能够分离溶解在水中的氧气,供给身体使用。人们仿造这种特性,制作了薄膜材料,用于制造高浓度氧气、分离超纯水等,以达到节省能源以及高分离率的目的 。目前人们正在研制具有动物肺和鱼鳃那样功能的材料,如果研制成功的话,人类在水底世界的活动将发生一场新的革命。
例3 生物为了维持生命,能够非常高效地进行各种能量之间的相互转换,这是在广阔的生物界都能看到的现象。例如,人们对萤火虫的发光机制作了研究,其发光原因是由于化学能高效率地转化为光能。虽然人类在化学领域中已体验了遗传信息的钥匙- 核酸的魅力,在试管中实现其功能的研究也取得了很大的进步,但是像萤火虫的这种能量变换方法目前人类还做不到。随着地球上现在所使用的能源逐渐枯竭,人类寻求新能源的任务已迫在眉睫,如果能够找到象某些生物那样能够高效率地进行能量变换或者能量重组的材料与方法,将为人类的未来带来希望和光明。
例4 卵是鸟类和爬虫类生育在体外的动物的最大细胞。它的壳,是石灰质构成的,内部有卵白和卵黄。美国学者Finks 对此发表了非常有趣的假说,认为卵的结构无论从力学或者工学的观点来思考,都有许多值得学习的地方,人类现在的包装技术与之相比相形见绌。卵壳的形成过程与牙齿和骨头的发育过程相同,被称之为钙化过程,与无机和有机的界面化学相关,据有关报道,人们正在研究一种人造骨。相信在不远的将来,通过对有机和无机复合材料形成技术的研究,不仅在包装技术方面人们会学习和采用生物卵壳的形成方式,同时在医学科学中也会开创新的领域。
例5 植物也为我们提供了许多有趣的现象,例如我们常见的西瓜是一种含水量极高的水果,在它的启发下,人们研制了一种与西瓜纤维素构造相似的超吸水性树脂,它是用特殊设计的高分子材料制造的,能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水份,现在已用于废油的回收,既经济又高效。这种材料如果进一步得到完善的话,将来液体的包装和输送就可能用一种全新的技术来代替。比如,将来的饮料就不再是用现在的杯子来装,而是只要用一片薄膜即可。
例6 植物在复合材料力学性能方面,也有许多独特的魅力。例如,从竹子的断面来看,一种称之为纤维束的组织密布在竹子的表皮,竹子的内部却很稀少,这样的结构形成了一种高强度的复合材料。但是当竹子还是竹笋的时候,这种纤维束在竹笋的断面上是均匀分布的,随着竹笋的生长,纤维束逐渐向外侧移动,最终形成最佳构造。再例如,树的年轮是由在冬天和夏天的生长不同而形成。这些能够方向性生长,形成高强度复合材料的过程,使人们受到了启示,最近,高分子世界已出现了研制这种方向型复合材料的动向,当然这并不是件易事。但这种成长型复合材料,也将是复合材料未来的研究方向之一。
例7 最后再举一例,用手触摸含羞草的叶片,它就会像动物那样收缩。在这一种启发下,日本奥林巴斯公司的植田康弘研制了一种可以伸到小肠里的内视镜,他在内视镜的筒状部分使用了一种与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料,它在肠道流体的压力下,会沿着轴向自动伸长或弯曲,从而使内视镜的筒状部分与肠道保持同一形状。
抱歉，楼主，从网上抄的，有点长
高考作文的基本结构范式（10法）----如何使高考作文分数稳定在56分左右
一、 议论文的结构模式（谋篇布局）
开头 1节、 概括材料（话题），引出论点。 [引论]
2节、
主体 3节、 分析问题 论证论点 [本论]
4节、 （用三个分论点作段首句）
结尾 5节、 总结全文 重申（深化）论点 [结论]
（三层五节式 . 五股文）
如何列出“主体”部分的三个分论点（段首句）呢？
1. “是为怎”法（提出问题、分析问题，解决问题；母法）
（是什么、为什么、怎么办）
以“浅谈母语”为题作文 [纵式结构]
什么是母语（汉语）？
为什么要重视母语的学习？
（汉语是民族文化的载体
汉语是中华文化的标志
汉语是中华国人的名片）
怎样学好中华母语？
2 “是什么”法（并列分解“是什么”） [横式结构]
以“漫谈上海的城市文化精神”为题作文 （上海的名片）
上海精神是海纳百川的大海精神
上海精神是勇于争先的龙马精神
上海精神是与世界共赢的协和精神
3 “为什么”法（原因分析法；并列分解“为什么”；横式结构）
以“品味‘杂’”为题作文：
为什么“杂”给世界带来了美呢？
文学因“杂”而多姿。[体裁杂而美,人物杂而美]
艺术因“杂”而多彩。[音乐.舞蹈.美术.影视综合艺术]
科学因“杂”而发展。[理化生,仿生学,杂交水稻]
生活因“杂”而味美。[火锅,服饰]
以“扎稳民族精神之根”为题作文：（并列分解“为什么”）
为什么要扎稳民族精神之根呢？
因为民族精神是我们做人的圭臬
（孔孟的修身之道）
因为民族精神是我们的立国之本
（自强不息，和为贵）
因为越是民族的，越具有世界性
（海外孔子学院，孙子兵法）
以“如何看待流行文化”为题作文：
流行武侠文化，传承“舍生取义”的民族精神。
流行音乐文化，拨动少男少女的心弦。
流行影视文化，使我们与世界文化同步。
4 “怎么办”法（解决问题法；并列分解“怎么办”；横式）
以“‘忙’之管窥”为题作文：
怎样卓有成效地“忙”呢？
首先，忙要有正确的方向。，
其次，忙要有科学的方法。
最后，忙要“有为有不为”。
5 领域并列法 （兼用“为什么”法，“原因分析法”）
以“也谈‘重复’”为题作文：
复而不重，使艺术惊世骇俗。
复而不重，使科学日新月异。
复而不重，使生活丰富多彩。
以“感悟生命”为题作文：
生命是一江春水，要勇往直前。
生命是一棵果树，花果飘香乐于奉献。
生命是一首乐曲，有低音也有高音。
6 由小到大法 （兼用“为什么法”；纵式结构）
以“解读‘有为有不为’”为题作文：
坚持“有为有不为”的原则，
是人生走向辉煌的坦途。
坚持“有为有不为”的原则，
是企业立于不败之地的关键。
坚持“有为有不为”的原则，
是国家科学发展的保证。（可持续性发展）
7 古今未来法 （兼用“为什么法”；纵式结构）
以“倾听”为题作文：
倾听历史的回声，毋忘国耻。
倾听时代的强音，与时俱进。
倾听未来的召唤，前瞻思维。
以“国学”为题作文：
国学，是中华历史的文化瑰宝（经学）。
国学，是中华现代的人文滋品。
国学，是中华未来的强国之本。
二 记叙文（夹叙夹议）结构模式
8 感点引路法（并列分解“为什么”；横式结构）
以“我想握住你的手”为题作文：
我想握住你的手，因为是您引我迈进了物理学的天地。（接写一个故事）
我想握住你的手，因为是您教我学做真人。（接写一个故事）
我想握住你的手，因为是您带我进入“三个境界”。（接写一个故事）
9 分镜头法（并列横式结构）
以“收获”为题作文：
镜头一：实验室中 （在汗水中收获）
镜头二：苏州河边 （在实践中收获）
镜头三：领奖台上 （在创造中收获）
三 抒情文的结构模式
10 分情点法（移情并列象征法）
以“我爱绿色”为题作文：
呼唤绿色心灵，她平静而纯洁。
呼唤绿色心灵，她顽强而有活力。
呼唤绿色心灵，她淡泊而谦逊。
（参见月考作文题：哪种色彩打动你心）
以“品味‘成长’”为题作文：
成长是一棵树，根深方能叶茂。
成长是一组宋词，三入境界悟真谛。
成长是一个X，有悬念才引人入胜。
普陀区高中毕业考试作文题：
阅读下面一首现代诗歌，根据诗意作文。
动身的时候到了
让我们走吧
不必惋惜，也无须告别
纵使歌声渐渐沉寂
我们的心却永远跳荡不息
（节选自辛磊《我们正年轻》）
以“青春礼赞”为题作文：
青春似春笋，充满活力。
青春似激流，永不回头。
青春似旭日，光芒无比。
同学考场作文中优秀的分情点写作提纲展示
作文题：青春就要向前走（张一炜）
青春就要向前走，因为过去的时光不复回，
无须留恋。
青春就要向前走，因为时代在发展，
吾辈须与时俱进。
青春就要向前走，因为我们前途无量，
拥有未来的世界。
作文题：年轻的我们（徐世立）
年轻的我们应当朝气蓬勃。
年轻的我们应当积极进取。
年轻的我们应当勇敢乐观。
作文题：把握青春（李蔚青）
勇于把握人生的青春，我从逆境中走出。
勇于把握人生的青春，我走进了“三个境界”。
勇于把握人生的青春，我从稚嫩走向成熟。
作文题：讴歌青春（龚辰烨）
我讴歌青春，因为她是梦飞的起点。
我讴歌青春，因为她是黄金的时代。
我讴歌青春，因为她是人生的春天。
（重点是3，5，8，10，并列发散法）
附一：练习题
根据以下命题、话题、半命题，编写主体部分2、3、4节的段首句。
1、 选择 13 科学与艺术
2、 底线 14科技与人文
3、 眼光 15汉语与外语
4、 我的世界 16我与家长
5、 纱窗的启示 17漫谈“换位思考”
6、 青春心事 18 “不要班门弄斧”
7、 生活的艺术 与“弄斧必到班门”
8、 生活告诉我 19走进------
9、 感悟我的成长之路 （鲁迅、经典、民族文化）
10、 写给自己的一封信 20 敬畏------（自然、法纪）
11、 以“家园”为话题作文 21 如果------（重度高中时光、
考上了大学、记忆可以移植）
12、 以“阳光”为话题作文 22 呼唤------（自主、绿色、
诗歌、经典、民族精神）
附二：临场作文材料搜索法（顺口溜）
古今中外科教文，社会家校和自身。（总起）
数学天文理化生，居里牛顿华罗庚。（科学）
刘翔金晶蒲巴甲，罗丹阿炳贝多芬。（体艺）
孔孟子长屈韩柳，海伦苏辛周树人。（文学）
附录三：执教者丁寅生（左）简介
丁寅生, 生于1950年。主要文学作品有：长篇历史小说《字仙段玉裁》（主人公为〈说文解字注〉的作者，是段力佩之七世祖），30集电视文学剧本《中华字仙》，广播剧〈少年华罗庚〉，文赋〈九寨沟赋〉。作词作曲的声乐作品有：〈华罗庚的脚印〉，〈茅山组歌〉（又名〈陈毅在茅山〉。教辅书有〈影视编导专业高考辅导教程〉。〈论中学语文教学中的审美联觉〉一文获苏、浙、沪地区年会论文奖。
附录四：56分以上的作文范文
当信念成为磐石
当小苞成为花朵，它用它的美点缀世界；当冰雪成为流水，它用它的清澈滋润大地；当信念成为磐石，在我的心中，它用它的坚定成就的是绚丽多彩的人生。为什么“信念之磐石”如此重要呢？
当信念成为磐石，个人的困难便不堪一击，成为信念下的颗颗灰尘。任何困难在信念坚定的人面前都不算是困难。左拉一生贫困，他靠着坚定的信念坚持写作成就了一世英名；霍金靠着信念用他的手描写下《时间简史》；海伦凯勒虽然又聋又哑，但她凭借着坚定的信念，为残疾人事业做出巨大贡献，并且写下了不朽名著《假如给我三天的光明》。还有许许多多的人都是靠如磐石般坚定的信念获得成功。牛顿，居里夫人……他们每个人的名字都曾震撼世界。是凭借磐石般的信念，就像汽车装加足了汽油，电脑接上了电源，它们不停运作向前，迎着困难，克服困难，心中的信念成为源动力，磐石般的信念引领个人走向成功。
当信念成为磐石，民族的大义在这一刻得到伸张，自由的旗帜在空中飘扬。是如磐石般的信念给自由加上了坚固的翅膀。圣雄甘地领导印度人民用坚定的信念为印度独立做出了贡献；华盛顿用信念领导美利坚民族推翻英国殖民统治；中国共产党用坚定的信念让中华民族重新崛起。是的，正是坚定的信念让现在这个曾经充斥战争和侵略的世界高唱自由的歌曲，让曾经被凌辱压迫的民族平等独立。是磐石般的信念压倒了一切罪恶的本源，是信念给那些民族源源不断的动力去赢得未来的美好天空。
当信念成为磐石，即使是大自然的灾难，人们也可以去战胜，让世界更美好。如磐石般的信念就好比坚实的屏障挡住自然的灾难从而改造出更美好的环境。三北防护林便是中国人用信念筑起了屏障挡住沙漠。世界人民则用《京都议定书》展现了战胜全球变暖的坚定信念。是人们坚定的信念挡住了上涌的潮水，是坚定的信念成为人类战胜自然的利器，又是磐石般的信念让未来充满希望。
这个世界没有什么是可惧的，可惧的是没有一颗坚定的心，一股坚定的信念，当信念成为磐石，当心中有了坚实的支持，那么无论个人、民族或是世界都能从中获益，都能在信念的引导下获得成功。
信念――心中的磐石！
[为什么法、由小到大法]:
个人
民族
大自然
钥匙啊钥匙
钥匙以其形与锁之完全契合，故能以腕之小力开启后重之门，钥匙啊钥匙，其之伟大便在于深深植根于锁之形态。每一道门都有唯一一把合适它的钥匙，而对于个人，城市和国家来说又何尝不是如此呢？
开启人生之门的钥匙在哪里呢？汉弥尔顿给了我们答案。身高159cm的前奥运花样滑冰冠军汉弥尔顿由于身材矮小，体弱多病，而在人生路上屡屡碰壁。直到他发现了滑冰，在冰场上，他娴熟的技艺完美的跳跃征服了所有人，最终成就了他的冠军梦，钥匙啊钥匙，如果没有它，汉弥尔顿的一生注定要在命运的大门外徘徊不前，他弱小的身体永远也无法撞开这命运的阻拦，还好，汉弥尔顿最终找到了最适合自己的成功之路，摸索到了那开启成功之门的钥匙。而生活中的人们呢，何妨停止一次次无用的冲撞，而去寻找与之相合的钥匙呢？
开启城市之门的钥匙在哪里呢？难道是轰鸣的推土机和不断筑构的钢筋水泥？不！城市化之门的钥匙应该深深植根于城市历史之中的文化内涵，江南名楼滕王阁在现在的城市群中被周遭的高楼抢尽了风头而甚是落寞；悠悠历史的成都府僵硬的水泥路取代了光滑的石板桥，城市闲适自然的文化风格在经济化的氛围前吓的花容失色……这些做法无益于铸造适合城市发展的钥匙，而是将来打造钥匙的铁投入了千篇一律的大熔炉中，早已没了踪影。钥匙啊钥匙，在英伦，他是风光旖旎的英伦小镇；在巴黎，他是淡定优雅的街心花园；在瑞士，他是浪漫悠闲的露天咖啡。可在中国的城市中，他在哪里呢？
开启一个国家的现代化之门的钥匙在哪里？是全盘借鉴现代的经济体制，还是完全照搬别人的管理经验？不，国家现代化之门的钥匙是植根于本国国情的创新！在英国政治上的创新使其在社会发展中占领先机；法国思想上的解放令他在几百年的近代史上独领风骚。现代化之门的开启决不是用陈旧的木头去撞击而是磨砺一把属于自己的钥匙。钥匙啊钥匙，在寻找他的道路上，我们也经过挫折也走过弯路，但最终，我们在千万中发现了属于我们的那一把，顺着他的纹路，一点点开启现代化之门。
钥匙啊钥匙，个人的那一把只属于自己，其他的人无法代替。钥匙啊钥匙，城市的那一把只属于她的文化和精神，同样纹路的钥匙只是阻碍前进的障眼法！钥匙啊钥匙，国家的那一把只属于她用创新打造的精髓，绝无复制品！钥匙啊钥匙，如何以门之形态去寻找钥匙之契合呢？[62分]
运用“由小到大”法：
人生
城市
国家
以“寻找 ”为题作文：寻找大境界（范文）
1、 人降生于大千世界，自然赋予其形貌，天地赋予其精魂，而欲溯源探求人生的至道，我们必须要寻找人生的大境界。
昔时冯友兰先生曾语：境界就是人的觉悟，觉未解，便是浑浊蛮荒；觉解了，便是清明澄澈。那么境界何处寻？其虚无缥缈，充乎天地间。何为大境界？若到寻得，我们须俯首聆听先贤的教诲。
2、 仲尼提倡的是“和而不同”的社会境界。和者，天下大同也；不同者，和中存异也。仲尼屡称于君子，君子的大境界，就须和而不同。在着纷繁复杂的社会中，我们必须学会去倾听他人的声音，和睦和谐与他人共处，取他人之长，和乐地生活。但和不是趋同。我们必须要在心中涵养自身的精神与气节，不做人云亦云的追随者，而要在心中独树一帜，坚持内心的自我，和而不同的社会孕育了稷下学宫的灿烂辉煌，“天下大同”的文化大革命实际上将文化的火种生生掐灭。夫人处于世，要有社会大境界。
3、 慧能祖师提倡的，是万物皆出自本心的自然境界。“菩提本无树，明镜亦非台。本来无一物，何处惹尘埃”。内心本源乃是万物的主宰，内心清净，才能不为外物受侵扰，利与义都出自身外，无所求才能得大自在。是以禅宗云：“非凡动也，非幡动也，乃心动。”夫人之于自然外物，要有自然大境界。
4、 庄周所提倡的是“外化而内不化”的人生境界。外化，是指我们的生活可以随遇而安，无论是瓮墉绳枢还是金玉满堂，二者并无区别。内不化是指我们内心我们的生命必须有所坚持，大道发于内心，大美源于发端。我们的生活，就如泊于江海的扁舟，大风起兮，可以冯虚御风，纵情飘荡，任意东西；而我们的生命，是幽深恬静的江海，无论生活怎样役使，内心自傲然不动。夫人之于人生奥义，要有人生大境界。
5、 寻于儒者，得社会境界；寻于禅者，得自然境界；寻于道者，得人生境界。境界之为物也，浩浩荡荡，只有我们寻找到它，并将之涵养于胸中，才能乐于身处社会，才能乐于纵情自然，才能挟鹏鸟遨鲲鱼，作人生的逍遥游。
（此文评分为一类上：68分）
上文是半命题作文。将所“寻找”的“大境界”，并列分解为“社会境界”、“自然境界”、“人生境界”。并列分解“是什么”。
仲尼提倡的是“和而不同”的社会境界。
慧能提倡的是“万物自本心”的自然境界。
庄子提倡的是“外化内不化”的人生境界。
以“细微深处”为题作文 （命题作文）
细微深处 （谈“细节”）
当冬日的梅显露“凌寒独自开”的风骨，当夏日的荷绽放“水面清圆，一一风荷举”的风姿，当秋天拂下“梧桐落叶深院锁清秋”的风尘，于此种种细微深处，让我看见了生命之美。为什么说生命之美在细微深处呢？因为：
于细微深处，可见自然之美。伴月将饮，对影三人；采菊东篱，悠见南山；夜半蛙声，清风鸣蝉。这种种自然的景致，或许被匆匆走过时所忽略，或许被繁华所覆盖，在喧闹的都市中，这些在细微深处的美丽，藏于细微深处的点滴的感动，或许已经被忙于工作的人们忽略，然而正是在这样点滴的细处，善于发现的人找到了美，找到了秋日街头的落叶，找到了春日树梢的新芽，于细微深处，让我看见了美。
于细微深处，可见文学之美。喜爱沈从文先生的作品，并非因场面宏大，或因其厚重深沉，恰恰只因其皆如此的清新自然，平易朴实。于那些点滴的文学中，仿佛可以窥见那美丽的风凰小城和生活在城中质朴的人们，仿佛可以亲见《边城》中山上圯塌的白塔，倾听翠翠天真的笑声，亲历那样纯洁的爱情。正是在这点滴的细微深处，让我领略了先生的文字，先生的世界，让我看到文学之美。
于细微深处，可见人性之美。人性之美体现于细微，而非吵嚷叫嚣，自夸自傲。恰如晚年的卓别林，给予我平和而真实的感动，厌倦美国喧嚷生活的他，晚年在瑞士一个叫做薇薇的小镇里，默默地做着分益，在此终了一生。他的晚年安静而平和。如同人们在湖边为他矗立的塑像，脸上没有了曾经的夸张的笑容，只是平和安逸地凝望远处的山岚。这样安逸的一个表情，却给了我深深的感动，从那样的凝望中，我看到了人性之本真，看到了不追逐名利的洒脱、真实、自然而平和的美。在这样的细微深处，体现了返朴归真，表达了宁静致远，淡泊明志，也让我，看到了人性之美。
于细微深处，可见自然之美，可见文学之美，可见人性之美，更可见生命之美。生命之美，体现于点滴的感动，体现于细微深处的真挚与质朴，体现于人性的返朴归真，去伪存真。于细微深处，让我看清了人生之种种，让我看见了生命之美。（62分）
上文为2008年上海春考作文高分佳文。考生回答了“为什么说生命之美在细微之处”的问题，将“细微深处的美”并列分解为“三个美”。运用了“并列分解法”和“为什么”法。其横式并列分解的结构布局如下：
于细微深处，可见自然之美。
于细微深处，可见文学之美。
于细微深处，可见人性之美。
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九寨沟里，一路童话世界；五彩池中，双眸瑶池人间。
九寨沟之湖，碧蓝蓝以见底，波粼粼而涟漪。树正群海，片片明镜镶嵌；沼泽湖泊，簇簇盆景点染。芦苇滩上，苍苍蒹葭鸳鸯；熊猫海畔，似有“国宝”饮汀。九寨沟水之清兮，色彩由浅而深；千年古木之沉兮，卧于深水之中。钙化而成神灵兮，似白虬潜渊。横于水面之木兮，苔藓满布；几点蕙芸闪烁兮，时有翠鸟栖息。泷湫潺潺低唱兮，似韬光养晦。长海蓝蓝，静卧群山之怀；镜湖滟滟，倒映叠嶂云天。沟内湖泊，大小一百一；寨中水面，海拔两三千。前贤尝云：黄山归来不看山，除却巫山不是云。今愚存想：五花海返里莫观海，九寨沟还乡不看水。湖水湛蓝，深不可测；锦鳞佁然，空寂人心。
九寨沟之瀑，宛若千条白练悬挂于峭壁之上；犹如万钧雷霆轰鸣于天地之间。瀑布之势，排山倒海，一泻万仞，气势磅礴；浩浩之水，从天而降，撕破岩崖，势不可挡。难怪乎，电视剧《西游记》片尾景中，唐僧师徒四人，涉水于诺日朗瀑颠，迎来日出，送走晚霞，敢问路在何方！壮哉，茫茫珍珠滩；伟哉，瀑布诺日朗！
九寨沟之树，古老以遒劲，挺拔而参天。原始森林，莽莽乎如无边瀚海，葳蕤苍苍；丛丛古树，幽幽乎如晦天暝穴，翳日蔽天。苔藓裹树，层层更替新旧；丝絮网林，悠悠混沌回归。
九寨沟之岩，逶迤匍匐丈三千。黄龙蜿蜒，气势古今观止；钙化岩溶，天然地质公园。金沙铺地，珍珠流淌；黄碝磊砢，磷磷灿灿。乳石隆然，斯为黄龙鳞甲；彩池生辉，恍若睡美婵娟。青绿蓝紫伴乳白，五彩争艳世无双。遐而瞰之，艳若天仙披霓裳；迩以察之，灼若芙蕖出渌波。五彩岩池，大小凡三千余盆，似块块砚台，如瓣瓣莲葩，似层层梯畴，如片片绮霞，似孔雀开屏，如仙女散花。
九寨沟之魂，隐匿于川北之藏羌。我问黄龙之岩：世界自然遗产，固当天下共赏，胡为晏然卧藏？岩神应答：弼禹治水，事济化为黄龙；蛰伏松潘，无情显隐悲欢。我问九寨之水：汝之娇美，天下惊艳，盖蚤显诸？唯隐是求？奚为掩面于陇蜀之鄙？胡为低眉于岷山之麓？水仙回声：奴心之不解，我本天成未妆；嫣艳之不知，胡为美我溢洋？世外九寨，万年寂寥为常；今日见君，俾我羞惭汗颜；不愠不忻，宠辱毁誉偕忘；隐则善身，显则济物同唱；入世出世，从未踌躇忖量；用之则行，舍之奴复深藏；碧水萦回，曲泾卒沁长江。
[此抒情文运用了分镜头法： 湖、瀑、树、岩] 生于忧患，死于安乐
有这样一个有趣而另人深思的实验，把一只青蛙冷不防扔进滚烫的油锅里，青蛙能出人意料地一跃而出，逃离陷境。然后又把同一只青蛙放在逐渐加热的水锅里，这次它感到舒服惬意，以致意识到危险来临时却欲跃乏力，最终葬身锅底。由这个实验我们可以看出，青蛙对眼前的危险反映敏感，对还没有到来的危险反映迟钝。由此我想到了人，其实人在这方面也是如此，正如孟子所说的：“生于忧患，死于安乐。”
人生旅途中，逆境催人警醒，激人奋进，而安逸优越的环境却消磨人的意志，使人耽于安乐，尽享舒适，常常一事无成。有的人甚至在安逸之时沉溺酒色，自我毁灭。这于青蛙临难时的奋起一跃和温水中的卧以待毙是何其相似。
“生于忧患”是千古不变的名言，春秋时越王勾践卧薪尝胆的故事是它最好的注册。那时，勾践屈服求和，卑身事吴，卧薪尝胆，又经“十年生聚，十年数训”，终于转弱为强，起兵灭掉吴国，成为一代霸主，勾践何能得以复国？这是亡国之辱的忧患使他发愤、催他奋起的结果。这说明，当困难重重、欲退无路时，人们常常能显出非凡的毅力，发挥出意想不到的潜能，拼死杀出重围，开拓出一条生路。
但是，有了生路，有了安逸，人们却往往不能很好地把握，而“死于安乐”。这方面的例子莫过于闯王了。1644年春，闯王攻入北京，以为天下以定，大功告成。那些农民出身的新官僚把起义时打天下的叱咤风云的气魄丧失殆尽，只图在北京城中享受安乐，“日日过年”，李自成想早日称帝、牛金星想当太平宰相，诸将想营造府第。当清兵入关，明朝武装卷土重来时，起义军却一败不可收拾。这令我想起欧阳修说的“忧劳可以兴国，逸豫可以亡身”这句话老。险情环生时人们能睁大眼睛去拼搏，因此化险为夷；安逸享乐中却意志消退，锐气全无，结果一败涂地。
苍蝇-----小型气体分析仪。。
2。萤火虫-----人工冷光；
3。电鱼------伏特电池；
4。水母------水母耳风暴预测仪，
5。蛙眼------电子蛙眼
6。蝙蝠超声定位器的原理------探路仪”。
7。蓝藻-----光解水的装置，
8。人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，——步行机。
9。动物的爪子------现代起重机的挂钩
10。动物的鳞甲------屋顶瓦楞
11。鱼的鳍------桨
12。螳螂臂，或锯齿草------锯子
13。苍耳属植物-------尼龙搭扣。
14。龙虾-------气味探测仪。
15。壁虎脚趾------粘性录音带
16。贝-----外科手术的缝合到补船等-
17。鲨鱼-----泳衣，
18。-鸟----飞机
19。鱼------潜水艇
动物仿生学
生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。
响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。
火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。
科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。
科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。
白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。
美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。
我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。
根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。
仿生学是人类一直使用的方法，如模仿海豚皮而构造的"海豚皮游泳衣"、科学家研究鲸鱼的皮肤时，发现其上有沟漕的结构，于是有个科学家就依照鲸鱼皮构造，造成一个薄膜蒙在飞机的表面，据实验可节约能源3%，若全国的飞机都蒙上这样的表面，每年可节约几十亿。又如有科学家研究蜘蛛，发现蜘蛛的腿上没有肌肉，有脚的动物会走，主要是靠肌肉的收缩，现在蜘蛛没有肌肉为什么会走路？经研究蜘蛛不是靠肌肉的收缩进行走路的，而是靠其中的"液压"的结构进行走路，据此人们发明了液压步行机……总之,从自然界得到启迪,模仿其结构进行发明创造.这就是仿生学. 这是我们向自然界学习的一个方面。
另一方面,我们还可以从自然的规律中得到启迪,利用其原理进行设计(包括设计算法),这就是智能计算的思想。
智能计算
智能计算,也有人称之为"软计算"，就是借用自然界（生物界）规律的启迪，根据其原理，模仿设计求解问题的算法。如：人工神经网络技术、遗传算法、进化规划、模拟煺火技术和群集智能技术等。
群集智能（Swarm Intelligence）
群居昆虫以集体的力量，进行觅食、御敌、筑巢的能力。这种群体所表现出来的"智能"，就称之为群体智能。如蜜蜂采蜜、筑巢、蚂蚁觅食、筑巢等。从群居昆虫互相合作进行工作中，得到启迪，研究其中的原理，以此原理来设计新的求解问题的算法。
