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動物或植物生長或其他自然現象的發現和啟示

自古以來,大自然就是人類各種科技原理和重大發明的源頭。生物界有很多種動物、植物和物質。在漫長的進化過程中,為了生存和發展,它們逐漸具備了適應自然界變化的能力。人類生活在大自然中,與周圍的生物是“鄰居”。這些生物各種奇特的能力吸引著人們去想象和模仿。人類利用自己的觀察、思考和設計能力,開始模仿生物,通過創造性勞動制造簡單的工具,增強了與自然抗爭的能力和本領。

人類最早使用的工具——木棍和石斧,無疑是天然的木棍和天然的石頭;骨針的使用無疑是對魚骨的模仿...所有這些工具的創造和生活方式的選擇,不能說是人類憑空想象出來的,只能說是對自然界存在的物質和某些形態的直接模擬。是人類的初級創造階段,也可以說是仿生設計的起源和雛形。它們雖然粗糙膚淺,卻是我們今天發展的基礎。

在我國,早就有模仿生物的例子。相傳在公元前3000多年,我們的祖先優超就模仿鳥類在樹上築巢,以防止野獸的傷害。4000多年前,我們的祖先“看到飛蓬就變成了汽車”,就是看到飛蓬隨風旋轉就發明了輪子,制造了有輪子的汽車。古代寺廟正殿前山門的建築,就其建築結構而言,頗似大象之姿。柱子又圓又粗,好像大象的腿。

中國古代勤勞勇敢的勞動人民,早就對碧海藍天、蒼鷹翺翔產生了各種奇妙的幻想。據秦漢史書記載,兩千多年前,我國人民就發明了風箏,應用於軍事聯絡。春秋戰國時期,魯國的工匠魯班首先開始研制會飛的木鳥。他受到壹種可以切割皮膚的齒狀草葉的啟發,發明了鋸子。據《杜陽雜刊》記載,唐代有壹位漢族何誌,他說:“他善於把木頭雕成鳳凰、鶴、烏鴉、喜鵲的形狀。當他又喝又啄的時候,和真相沒什麽區別。當他把它放在腹部時,他可以在空中飛行,但它可以高達30英尺到120英尺,然後他開始下降。”西漢時期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高臺上飛下來,試圖模仿鳥的飛行。以上案例足以說明中國古代勞動人民對鳥類的拍動和飛翔有過細致的觀察和研究,這也是最早的仿生設計活動之壹。明代壹種火箭武器“神火飛鴉”的發明,也反映了人們向鳥學習的願望。

中國古代勞動人民對水生動物——魚的模仿也卓有成效。古人通過模仿生活在水中的魚,砍樹鑿船,用木頭做魚形的船殼,用魚的胸鰭和尾鰭做櫓和槳,從而獲得了水上運輸的自由。後來隨著制作水平的提高,出現了龍舟,受很多動物造型的影響。古代水戰中使用的火箭武器“火龍出水”,多少有些模仿動物的意思。以上事例表明,中國古代勞動人民早期的仿生設計活動,為發展中國燦爛的古代文明創造了非凡的業績。

在外國文明史上,也經歷了類似的過程。在蘊含豐富生產知識的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮;泰爾發明了鋸子,據說是受到了魚的背骨和蛇的上腭骨的形狀的啟發。15世紀,德國天文學家米勒制作了鐵蠅和機械鷹,並進行了飛行表演。

1806年左右,英國科學家、空氣動力學創始人之壹凱利模仿鱒魚和土撥鼠的紡錘形,發現了壹種低阻力的流線型結構。凱利還設計了壹種模仿鳥類翅膀的機翼曲線,極大地促進了航空技術的誕生。與此同時,法國生理學家馬雷對鳥類的飛行進行了細致的研究。在《動物機器》壹書中,他介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲在研究飛行動物時也發現,飛行動物的重量與身體線性的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體尺寸的局限性。通過對鳥類飛行器官的詳細研究和精心模仿,根據鳥類飛行機理的原理,人們終於制造出了能夠載人飛行的滑翔機。

後來,設計師根據起重機的姿態設計了挖掘機的吊臂。壹戰期間,人們從毒氣戰中幸存的野豬身上獲得靈感,模仿野豬的鼻子設計了壹種防毒面具。在海洋中靈活浮沈的潛艇用的是什麽原理?雖然我們沒有證據調查潛艇設計者在設計潛艇時是否參考了生物界的意見,但不難想象,設計者壹定知道魚鰾是魚類用來改變身體隨水比例以便在水中沈浮的重要器官。青蛙是兩棲動物。體育工作者仔細研究了青蛙在水中的運動姿勢,總結出壹套省力又快速的遊泳動作——蛙泳。此外,為潛水員制作的魚鰭幾乎完全按照青蛙後肢的形狀制作,大大提高了潛水員在水中的活動能力。