生活中的这些设计灵感竟然来自动物?一起来看惊人的仿生学例子

2022-11-18 17:01:28 27

仿生学通常从自然中寻找灵感,人类工程师和设计师经常在自然中寻找解决现代问题的方案。以下是8个惊人的仿生学例子。

鲨鱼皮=泳衣

在电子显微镜下,鲨鱼的皮肤是由无数重叠的鳞片组成的,被称为小齿(或称“盾鳞”)。小齿上有凹槽,与水流对齐。这些凹槽破坏了涡流的形成,使水流速度更快。粗糙的形状也阻碍了藻类和藤壶等寄生虫的生长。

科学家们已经能够利用鲨鱼皮肤上的小齿,重新设计应用在泳衣和船底上。当货船的效率能提高时,它们就会减少燃料油的消耗。科学家们正在应用这项技术,希望在医院里创造出能够抵抗细菌生长的表面,因为细菌不能在粗糙的表面上附着。

海狸=潜水服

海狸体表有一层厚厚的脂,可以在水中潜水和游泳时保持体温。但它们还有另一个保持温暖的妙招。它们的毛发非常浓密,在毛发层之间可以留住温暖的空气,不仅可以保持温暖,而且还可以保持干燥。

美国麻省理工学院的工程师们认为,冲浪者可能也喜欢这种能力,于是他们创造了一种橡胶状的皮毛,可以用来制造潜水服等。

麻省理工学院机械工程教授、副院长Anette Hosoi说:“我们对用于冲浪的潜水服特别感兴趣,因为运动员经常在空气和水的环境中移动。我们可以控制毛发的长度、间距和排列,这使我们能够设计出与特定潜水速度相匹配的纹理,并扩大潜水服的干燥区域。”

白蚁巢穴=办公楼

白蚁巢穴看起来超凡脱俗,但它们却是一个令人惊讶的舒适的居住地。尽管室外的温度一整天都在发生剧烈地变化,从-1摄氏度的低温到38摄氏度的高温,但白蚁巢穴的内部却稳定地保持在对白蚁来说舒适的30摄氏度。

津巴布韦哈拉雷东门中心的建筑师Mick Pearce研究了白蚁巢穴中的冷却烟囱和隧道。他把这些经验应用到3.09万平方米的东门中心上,该中心的供热和制冷能耗比传统建筑低90%。大楼设计有大“烟囱”,在晚上自然地吸进凉爽的空气,降低楼板的温度,就像白蚁窝一样。在白天,这些楼板保持凉爽,大大减少了空调的使用。

毛刺=尼龙搭扣

维可牢尼龙搭扣是由瑞士工程师George de Mestral在1941年发明的,他在给他的狗去除粘在身上的毛刺时,决定仔细看看它们是如何工作的。在毛刺针末端发现的小钩子启发他设计了现在无处不在的维可牢尼龙搭扣。人们甚至还开发了一种运动,身穿维可牢套装,尽可能高的跳到墙上,而衣服与墙面正是尼龙搭扣的两个表面。

鲸鱼=涡轮

鲸鱼能够潜入水面下几十到几百米,并在那里停留数小时。它们靠捕食肉眼看不见的小生物来维持庞大的体型,它们用鳍和尾巴为运动提供动力。

2004年,杜克大学、西切斯特大学和美国海军学院的科学家们发现,鲸鱼鳍前部的突起大大提高了它的效率,减少了32%的阻力,增加了8%的升力。一些公司正在将这一理念应用到风力涡轮机叶片、冷却风扇、飞机机翼和螺旋桨上。

鸟=飞机

鸟类将队伍排成“V”字形,可以将飞行距离提高70%以上。科学家们发现,一个鸟群变成熟悉的“V”字队形时,当一只鸟拍打翅膀时,就会产生一个小的上升气流,把鸟儿向上推升,节省体力。头鸟飞行的过程中在其身后会形成一个低气压区,紧跟其后的鸟飞行时就可以利用这个低气压区减少空气的阻力,有利于整个群体的持续飞行能力。

美国斯坦福大学的一组研究人员认为,客运航空公司可以通过采取同样的策略来节省燃料。这个由Ilan Kroo教授领导的团队设想了这样的场景:从西海岸机场起飞的飞机排成“V”字队形飞往东海岸目的地,在飞行中,飞机像鸟类一样在前面轮流飞行,与单独飞行相比,飞机可以减少15%的燃料消耗。

荷花 =油漆

荷花有点像陆地上的鲨鱼皮。这种花的微粗糙表面可以自然地排斥灰尘和颗粒,使花瓣保持干净闪亮。如果你曾在显微镜下观察过荷叶,你会看到一大堆指甲状的小突起,它们可以抵挡灰尘。当水滴在荷叶上时,也无法停留,而是翻滚而下,这就是“荷叶效应”。

德国Ispo公司花了4年时间研究这一现象,并开发出一种具有类似性能的涂料。微粗糙的油漆表面不会让灰尘和污垢停留,减少了清洁房屋的次数。

甲虫=水收集

Stenocara甲虫是集水高手。这种小黑虫生活在恶劣、干燥的沙漠环境中,之所以能够在这里生存,多亏了它独特的外壳设计。Stenocara甲虫的背部覆盖着小而光滑的突起,可以凝结水或雾。甲虫的整个外壳上覆盖着一层光滑的蜡,并且有漏斗状的通道,这样早晨雾中的冷凝水就会顺着“漏斗”流入甲虫的嘴里。

美国麻省理工学院的研究人员仿照Stenocara甲虫的外壳,精心制作了一种比现有设计更有效地从空气中收集水分的材料。如果被广泛采用,因此提高的集水效率可能会对世界产生巨大的影响。


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