植物仿生学实例.docx
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植物仿生学实例
植物仿生学
一、植物仿生学
大自然带给了人类无穷无尽的想象力，启示我们发明创造。
人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。
源于“叶”的灵感
1叶缘启示：
相传春秋战国时期（公元前507年——公元前444年），中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班，在上山砍伐途中，攀爬时手被锯齿草的边缘的齿划伤了，他仔细观察发现，原来叶子边缘有两排锋利的锯齿，于是受此启发，并经反复实践，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。
2
叶脉的启示：
浮水植物王莲有“水中花王”之称，一个体重35kg的人坐在上面也不会下沉，原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米，背面有许多相互交错的叶脉骨架结构，里面还有气室使得叶子稳定的浮在水面，受叶脉支撑作用的启示，英国著名建筑师约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”，它既轻巧、雄伟又经济适用，不仅成就了1851年的第一届世博会，也为近现代功能主义建筑构建了雏形。
3
叶子排列的启示
车前草，叶子在茎上排列成的螺旋状，夹角为137030’30”。
一层顺着一层，错落有致。
只有这样叶子才能得到最多的阳光。
建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性，建造了螺旋状的高楼，这样既通风，又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。
建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术，他将帮助人们征服地下、天空和海洋，建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。
植物与生活
4
叶序的启示
德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。
这种粗糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗。
模仿莲叶的自净原理，人们开发出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。
这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。
此外，叶面形状也启迪了人们的思维。
椰子树很高，叶片巨大，但每遇飓风和暴雨也很少被折断。
研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力。
据此，建筑师设计出了结构薄、面积大的楼房顶棚、薄状石棉板等。
5
叶形的启示
a.荷叶的启示
很久很久以前，世界上没有伞。
那时候，人们出门很不方便。
夏天，太阳晒得皮肤火辣辣地痛。
下雨天，把衣服淋得湿漉漉的。
鲁班想帮人们解决这个困难，心里很着急。
鲁班动了好多脑筋。
后来，他跟几个木匠一起在路边造了一个亭子，亭子的顶是尖尖的，四面用几根柱子撑住。
接着，他们隔一段路造一个亭子，造了许多亭子。
这样，走路的人就方便多了。
下雨了或是太阳晒得难受了，就进去躲一躲，歇一歇。
鲁班给大家办了件好事，大家都很感激他。
可是鲁班自己挺不满意。
他想，要是雨下个不停，那该怎么办呢？
人总不能老蹲在亭子里不走哇。
还得再想办法！
为了这个事儿，他吃饭不香，睡觉不安。
鲁班想了许多天，还是没有想出来。
一天，天气热极了，他一边做工，一边抹汗。
忽然看见许多小孩子在荷花塘边玩，一个孩子摘了一张荷叶，倒过来顶在脑袋上。
鲁班觉得挺好玩，就问他们：
“你们头上顶着张荷叶干什么呀？
”小孩子七嘴八舌地说：
“鲁班师傅，您瞧，太阳像个大火轮，我们头上顶着荷叶，就不怕晒了。
”鲁班抓过一张荷叶来，仔细瞧了又瞧，荷叶圆圆的，一面有一丝叶脉，朝头上一罩，又轻巧，以凉快。
鲁班心里一下亮堂起来。
他赶紧跑回家去，找了一根竹子，劈成许多细细的条条，照着荷叶的样子，扎了个架子；又找了一块羊皮，把它剪得圆圆的，蒙在竹架子上。
“好啦，好啦！
”他高兴得叫起来，“这东西既能挡雨遮太阳，又轻巧。
”鲁班的妻子听见他大呼小叫的，赶紧从屋里跑出来问他：
“出了什么事了？
”鲁班把刚做成的东西递给妻子，说：
“你试试这玩意儿，以后大家出门去带着它，就不怕雨淋太阳晒了。
”鲁班的妻子瞧了瞧，又想了想，说：
“不错，不过，雨停了，太阳下山了，还拿着这么个东西走路，可不方便了。
要是能把它收拢起来，那才好呢。
”“对，对！
”鲁班听了很高兴，就跟妻子一起动手，把这东西改成可以活动的，用着它，就把它撑开，用不着，就把它收拢。
就是咱们今天的伞。
b.捕蝇草启示
捕蝇草是原产于北美洲的一种多年生草本植物，是一种非常有趣的食虫植物，它的茎很短，在叶的顶端长有一个酷似“贝壳”的捕虫夹。
捕虫夹内长了几对细毛，是它的感受器，且能分泌蜜汁，当有小虫闯入时，能以极快的速度将其夹住，并消化吸收。
根据捕虫草的捕虫原理，莫森制造类一个机器捕蝇草，他的捕蝇夹内有两对细毛状的传感器，一旦虫子碰到一根细毛，传感器就产生电流并出发动力开关，机器捕虫草就合起捕虫夹，然后捕虫夹分泌酸液消化虫子。
消化之后，能力转化成电能储藏起来，为下一次捕虫提供能量，从这个过程我们不难看出，机器捕虫草和一般的自动化机器的最大差别就是，他可以做到能量自给自足，不需要人们给他提供额外的电能，虫子越多，它的动力越强，越能捉到更多的虫子。
c.猪笼草的启示
猪笼草属于热带食虫植物，原产地主要为旧大陆热带地区。
其拥有一个独特的吸取营养的器官——捕虫笼，捕虫笼呈圆筒形，下半部稍膨大，笼口上具有盖子，因其形状像猪笼而得名。
猪笼草叶的构造复杂，分叶柄，叶身和卷须。
卷须尾部扩大并反卷形成瓶状，可捕食昆虫。
瓶状体的瓶盖复面能分秘香味，引诱昆虫。
瓶口光滑，昆虫会被滑落瓶内，被瓶底分泌的液体淹死，并分解虫体营养物质，逐渐消化吸收。
美国哈弗大学的研究小组收到猪笼草的食肉性植物的叶子的启发，开发了一种超滑材料，这种材料几乎排斥一切液体，当材料表面受到损坏时，很快就会进行自我修复，并不影响它润滑的能力，人类的自净窗花和“完全不粘锅”将梦想成真。
并且人们还根据其捕虫笼的形态设计了脚踏垃圾桶及灯具都非常实用且美观。
d.
飞蓬草的启示
《淮南子》中说我们的祖先“见飞蓬转而知为车”。
“飞蓬”是一种草，其茎高尺许，叶片大，根系入土浅。
一有大风，很容易被连根拔起，随风旋转。
古人可能就是受到这个现象的启发，发明了车轮和车轴。
e.玉米的启示
玉米是一种常见的农作物，众所周知，玉米的叶子常常卷曲成一个长圆筒。
科学家发现，这种长圆筒形的叶子比普通的叶子结实牢固，不容易被破坏。
科学家据此设计出一种筒形叶桥。
这种桥的形状像一个卷曲的长玉米叶，跨度很大，连接宽阔的河流两岸，中间部分桥面的两侧向上卷成筒状，这种长圆筒形状的大桥坚固耐用，美观大方，目前已经在全世界广泛应用。
（一）
源于“茎”的灵感
1节与节间的启示
禾本科植物竹子，其竹节处有横隔相连，与竹身构成一个整体，这对中空细长的竹竿的刚度和稳定性，可以协调变形，共同参与抗弯作用，这对于中空细长的竹竿的刚度和稳定性很有意义。
受到植物茎节生长的启发，人们发明了“春笋建筑法”，把每一层墙板从高度上分成三四段预制好，然后用液压顶以1m的行程，反复顶升，可以很快“长”成设计的建筑。
又如，自行车车架“空心管”的设计灵感正来自于麦秆，借鉴其“空心”结构，却支持比它重几倍的麦穗力学原理，制成的自行车既有足够的强度，又减轻了车身的重量。
2
茎形态的启示
云杉生长于高寒湿润之巅，它之所以可以适应山上长年累月的狂风袭击，
达到数百余年的树龄，是因为其树干底部直径显著增大，
形成一个圆锥形，这样既减轻了自重，又加强了稳定性。
人们模仿云杉对大风的适应性特点，
把建造在山顶上的电视塔设计成
类似圆锥体，就能抵抗住大风袭击。
同样，所有的塔或高烟囱，
甚至超高层建筑几乎无一例外
地采用底大顶小的形状。
3
年轮的启示
木本植物的年轮状结构，
是生理系统在温和的条件下无粘结的缓慢而渐进形成。
科学家们正在研究开发仿年轮结构的壳聚糖棒材。
这种材质具有同心筒状层叠结构，
具有较高的力学强度，
有望作为骨折处的固定材料。
（二）
源于“花”的灵感
1花序的启示
向日葵又名朝阳花，它的最大特点就是向阳而生，以便吸收到尽可能多的阳光。
德国建筑学家从向日葵上获得灵感，建成了一幢能随太阳转动的向日葵旋转房屋。
它装有如同雷达一样的红外线跟踪器，只要天一亮，房屋上的马达就开始启动，使房屋迎着太阳缓慢转动，始终与太阳保持最佳角度，使阳光最大限度地照进屋内。
夜间，房屋又在不知不觉中慢慢复位。
这种建筑能够充分利用太阳能，保证房屋的日常供热和用电。
因为在房顶上安置了太阳能电池和聚光镜，所以建筑物能将光能储存起来，供阴雨天和夜晚使用。
2花形的启示
凌霄花，形状似钟，又似喇叭，开口广大，尾部狭长，这个结构可以更充分地吸收大自然的能量。
科学家模拟凌霄花的形状制成了微波收集器，阔口窄尾的微波收集器，灵敏度异常高，可以尽可能搜索到目标微波，并把微波承载的能量、信息收集起来，根据实际需要，或存储下来当作绿色能源，或将其转换成数字信号，收看视频节目提供科学研究的样本等。
3
花色的启示
17世纪英国著名的化学家罗伯特·波义耳发明的“波义耳”
试纸开启了化学中指示剂历史的先河。
一次偶然的机会，波义耳将盐酸
溅到紫罗兰花上，花色就由紫色变成了红色。
他便饶有兴趣地取来各种酸做试验，
结果发现，各种酸类都能使紫罗兰变成红色。
于是，在紫罗兰开花的季节里收集了
大量的紫罗兰花瓣，将花瓣泡出浸液来。
需要使用的时候，就往被试的溶液里滴进
一滴紫罗兰浸液。
就这样他发明的“指示剂”诞生了。
后来为了更方便使用，
他用石蕊浸液把纸浸透，再把纸烘干。
要用时只需将一小块纸片放进
被检验的溶液里，根据纸的颜色变化就能知道这种溶液
是呈酸性还是碱性，从而成为
pH试纸的
雏形。
4花形的启示
随环境温度变化而花开花落的太阳能雕塑
是一款仿生的太阳能雕塑，设计灵感源于爱荷华州当地的延龄草的花朵。
该雕塑采用铸铝做成，在一篇巨大的叶子上面布有太阳能电池板，用来收集太阳能，并将其转化为电能，进行存储。
雕塑顶部则是可以根据周围环境而花开花落的一朵花：
冬天天冷，花朵基本上处在休眠状态，不会开放。
而随着冬天过去，天气变暖，花朵在白天开始开放，到了盛夏温度达到最高，花儿开放的时间也达到最长。
（三）源于“果实”的灵感
①
尼龙搭扣的诞生是从果实中受到启发的经典案例。
它的发明者是瑞士工程师乔治·德·梅斯特拉尔。
20世纪40年代末，他经常带着自己的爱犬到森林中漫步，每次返回时他都发现裤子和狗身上粘满了苍耳、牛蒡等刺果。
受到好奇心的驱使，乔治用显微镜观察刺果，发现无数的小钩子在有毛圈结构的裤料上，不能轻易脱落。
经过8年的实验，终于发明了既容易系上又容易解开的尼龙搭扣。
再如，古代有一种可以阻止骑兵前进的武器叫铁蒺藜，这种武器的原形就来源于植物中蒺藜科的一种杂草的果实，它的刺非常的坚硬，以至于如果马蹄踏上都会被刺到，所以有人就把铁作成蒺藜果的形状用以御敌。
植物与生活
②我們平常見到的直升机，它的最大特點是背上的螺旋桨，通過螺旋桨的飛速转动，直升机能上下前后地运动。
然而在自然界，有一类叫槭樹的植物，它們结出的果实也长着翅膀，一旦离开植物体，翅膀也會飛快地在空中转动，简直就是一架有生命的直升机
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（四）源于“根”的灵感
①“钢筋混泥土”的发明源于植物根系的特点。
法国园艺师约瑟夫·莫尼哀为了解决养花的大陶盆不结实的问题，他曾先后试用木材和水泥来做花盆，但效果都不理想。
他依然经常为园艺场中水泥制成的蓄水池和花坛被撞坏而烦恼。
一日，他不慎将花盆再次撞坏，郁闷至极的前去收拾残花时，他下意识地注意到，土壤虽然松散，却能在植物交叉延伸的根须四周黏结聚集到一起。
受此启发，他试着用旧铁丝仿造植物的根系织成交叉结构，再用水泥、石子浇铸在一起，砌成花坛、水池牢固度大大加强，这也为钢筋混凝土结构的制作提供了思路。
②在海边，常常見到一種叫水笔仔的植物，它那高高露出水面的树根，牢牢支撑身体，當海水涨潮時，也不會把自己淹没。
在海边造房子的人，就学水笔仔的样子，打下一根根的木桩，高高露出水面，很像扎在水中的水笔仔根，
然後再把房子造在木桩上，這样就再也
不怕海水的侵袭了
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