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受动物启发发明的东西有哪些(从动物身上学习科学家做出了这些发明)

时间:2024-08-10 12:33:44

象鼻与仿生机械臂

作为世界上最大的现存陆栖动物,大象的鼻子比人手还灵活很多,不仅能多角度转动,还能兼顾发声器、味觉感受器等多种功能。原因在于,象鼻由15万条肌肉束构成,末端还有丰富的微血管和敏感的神经,像人的手指般具备触感,更有类似雷达的功能,可侦测外界环境讯号传回大脑。


根据象鼻得来的灵感,德国气动元件厂商Festo与欧洲最大科学应用研究机构,利用3D打印技术共同制作出一款仿生机械手臂,能自由弯曲、拿东西,轻巧、灵活且准确性高。

要说这只手臂有什么意义和价值,那就是想象中的机器人工厂、家庭助手和农业自动化,通通因为它的出现而成为可能。

蜂鸟与子弹头列车

日本新干线,或者叫“子弹头列车”,是世界上速度最快的列车之一,每小时的行驶距离可接近200英里(约321公里),可以快速安全地把大量的旅客运送到遥远的目的地。然而,日本新干线500系列子弹头列车的车头形状并不像“子弹”,而是更像翠鸟的喙。这是为什么呢?

原来,日本新干线列车多数是在隧道中高速行驶,当列车从隧道回到露天时发出非常大的噪音。上世纪九十年代,日本工程师中津英治发现翠鸟能够高速潜入水中,却不溅起水花。于是他仿照翠鸟喙设计出了新干线子弹头列车。

这种设计不仅降低了火车的噪音,而且更加符合空气动力学原理,在降低能耗的同时还能提升车速。

鲨鱼与泳衣

Speedo公司出产的“鲨鱼皮泳衣”曾一度火爆全球,当时的运动员们更是人手一件。然而正当它如火如荼的时候,却被国际泳联明令禁止使用,这是为什么呢?

原来,这是一种采用超伸展纤维、模仿鲨鱼皮肤结果所制成的泳衣。鲨鱼皮肤表面的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力,从而使身体周围的水流更高效地流过进而实现快速游动。

自从1999年国际泳联允许“鲨鱼皮泳衣”进入赛场后,参赛选手们有如神助:

  • 2004年的雅典奥运会上,47名运动员穿着“鲨鱼皮”泳衣收割了一大波奖牌。
  • 2007年这一年时间里,21项世界纪录被打破。
  • 2008年北京奥运会的游泳项目中,92%的奖牌都被穿第四代“鲨鱼皮泳衣”的运动员拿下。

紧接着,批评声也随之而来,许多专家认为这种“鲨鱼皮泳衣”的高科技应用违背了比赛不借助外力的本质。于是,出于公平考虑,国际泳联宣布从2010年起,选手们在国际比赛中都不可以穿着“鲨鱼皮泳衣”。

鲸鳍与涡轮叶片

美国切斯特大学生物学教授弗兰克·费什(Frank Fish)在一次度假时买了一只座头鲸的小模型留念。他注意到模型上的鲸鱼鳍的一侧有很多小隆起(学名叫 “结节”),起初以为是艺术家犯的一个错误,但仔细研究之后发现,这位艺术家的观察是正确的。这排疣状脊线可以产生帮助鳍在水中划动的微小漩涡,同时也解释了座头鲸在水中令人惊奇的敏捷性。

在研究了这种“结节效应”之后,费什发现为涡轮叶片增加成排的隆起结构会降低拖曳和噪音,并提高其效率。

鲸不仅启发了涡轮叶片新构型的设计,生产这种涡轮叶片的位于加拿大的企业也因此命名为鲸能公司(Whalepower Corporation)。

鼻涕虫与胶水

哈佛大学科学家研制出了一种强力、无毒的医用“胶水”,可以迅速粘连止血,同时又保持极高的组织器官强度。就连心脏上的孔洞都可以直接打“补丁”!

用法十分简单,只需要贴上就行,即使在有血的表面(湿润环境)也能轻松粘合。此外,它的延展性十分好,可以拉伸到原体积 14 倍长度,同时仍可保证粘连处固定良好。而且,时间越长,其粘合作用越强,远远甩掉了其他同类胶水。

用法十分简单,只需要贴上就行,即使在有血的表面(湿润环境)也能轻松粘合。此外,它的延展性十分好,可以拉伸到原体积 14 倍长度,同时仍可保证粘连处固定良好。而且,时间越长,其粘合作用越强,远远甩掉了其他同类胶水。

蛞蝓,俗称“鼻涕虫”,是一类软体动物。其身体会分泌大量黏液,这些液体具有很强的黏性,使蛞蝓能牢固地附着在粗糙不平的表面上,避免被捕食者轻易抓走。研究人员仿照蛞蝓黏液的成分,设计出了这种具有双层结构新型黏合剂,其中一层表面是突起的带正电荷的聚合物,与生物组织贴合后,可以通过静电吸引力、原子共价键和物理结构上的互相穿透等三重作用产生超强黏合力;另一层是由海藻酸盐和聚丙烯酰胺构成的基底,能吸收大量能量,使材料拥有很高的韧性。

壁虎与手套

飞檐走壁不仅是武侠小说里的基础款神功,也是好莱坞大片里蜘蛛侠的本领之一。那么,能不能在现实生活中成真呢?答案是:能!

2015年,来自斯坦福大学的研究者们模仿壁虎掌心的细小刚毛,制作了一系列微型硅胶楔。然后,把这些硅胶楔子组装成24块邮票大小的平面。依靠它,就可以成功实现玻璃外墙爬行。

等等,为什么是壁虎呢?

原来,壁虎的脚趾结构精巧,可产生巨大的分子引力,所以壁虎就利用每根刚毛的分子间产生的较弱的电性吸引力(也就是所谓“范德瓦尔斯力”)粘在墙上的,不仅可以在天花板倒挂着自如行走,又能在光滑、垂直的表面上稳稳停住。

那么壁虎又是如何在快速吸上墙壁的同时把另一只脚扯下来,而没有粘在墙壁上拔不动腿那?

壁虎脚上的刚毛不仅灵活可弯曲,而且呈60度角倾斜生长。研究员发现,它们粘在天花板和墙壁上的时候,并没有整个脚掌都贴住,而是把脚掌侧面刚毛少的地方闲置下来,因为刚毛数量够多,所以它不会掉下来。当它想要离开的时候,只要将整个脚垂直抬起,稍微用点力就能马上将脚抽离。