Ⅰ 為什麼只有人會發明工具
據說猩猩也使用工具。智商高就會思考吧
Ⅱ 除了動力機的蒸汽機之外,還有哪種工具的發明也是工業革命開始的標志
提起18世紀中期開始的工業革命,人們知道得較多的是蒸汽機的發明和應用。其實,工業革命開始的標志,除了作為動力機的蒸汽機之外,還有作為工具機或工作機的珍妮紡紗機。
Ⅲ 第二次工業革命中的發明通訊工具有
(1)電力的廣泛應用:西門子-發電機、格拉姆-電動機。
(2)內燃機和新交通專工具的創制:卡爾·屬本茨-內燃機驅動的汽車、萊特兄弟-飛機。
(3)電訊事業的發展:貝爾-電話、馬可尼-無線電報。
(4)化學工業的建立:諾貝爾-炸葯 (塑料、人造纖維)。
Ⅳ 魯班怎樣發明農業機具
魯班,姓公輸,名般。又稱公輸子、公輸盤、班輸、魯般。魯國人(都城山東曲阜,故里山東滕州),「般」和「班」同音,古時通用,故人們常稱他為魯班。 大約生於周敬王十三年(公元前507年),卒於周貞定王二十五年(公元前444年),生活在春秋末期到戰國初期,出身於世代工匠的家庭,從小就跟隨家裡人參加過許多土木建築工程勞動,逐漸掌握了生產勞動的技能,積累了豐富的實踐經驗。 魯班是我國古代的一位出色的發明家,兩千多年以來,他的名字和有關他的故事,一直在廣大人民群眾中流傳。我國的土木工匠們都尊稱他為祖師。
生平介紹:
魯班:姓公輸,名盤(bān)。魯國公族之後。又稱公輸子、公輸盤(bān)、班輸、魯班。因是魯國(都城為今山東曲阜)人。(一說曲阜人,另說滕州人),「般」和「班」同音,古時通用,故人們常稱他為魯班。
魯班,大約生於周敬王十三年(公元前507年),卒於周貞定王二十五年(公元前444年)以後,生活在春秋末期到戰國初期,出身於世代工匠的家庭,從小就跟隨家裡人參加過許多土木建築工程勞動,逐漸掌握了生產勞動的技能,積累了豐富的實踐經驗。大約在公元前450年以後,他從魯國來到楚國,幫助楚國製造兵器。他曾創制雲梯,准備攻宋國,但被墨子制止。墨子主張製造實用的生產工具,反對為戰爭製造武器,魯班接受了這種思想。
公輸班很注意對客觀事物的觀察、研究,他受自然現象的啟發,致力於創造發明。一次攀山時,手指被一棵小草劃破,他摘下小草仔細察看,發現草葉兩邊全是排列均勻的小齒,於是就模仿草葉製成伐木的鋸,他看到各種小鳥在天空自由自在地飛翔,就用竹木削成飛鷂,藉助風力在空中試飛。開始飛的時間較短,經過反復研究,不斷改進,竟能在空中飛行很長時間,公輸般一生注重實踐,善於動腦,在建築、機械等方面作出了很大貢獻。他能建造「宮室台榭」;曾製作出攻城用的「雲梯」,舟戰用的「勾強」;創制了「機關備制」的木馬車;發明了曲尺、墨斗、刨子、鑿子等各種木作工具,還發明了磨、碾、鎖等。由於成就突出,建築工匠一直把他尊為「祖師」。
魯班的發明創造很多。不少古籍記載,木工使用很多的木工器械都是他發明的。像木工使用的曲尺,叫魯班尺。又如墨斗、鋸子、刨子、鑽子等,傳說均是魯班發明的。
這些木工工具的發明,使當時工匠們從原始、繁重的勞動中解放出來,勞動效率成倍提高,土木工藝出現了嶄新的面貌。這裡面都包含著原始的物理科學知識。
魯班還是一個很高明的機械發明家。他製造的鎖,機關設在裡面,外面不露痕跡,必須藉助配合好的鑰匙才能打開。
《墨子》一書中有這樣的記載:「公輸子削竹木以為鵲,成而飛之,三日不下。」就是說魯班製作的木鳥,能乘風力飛上高空,三天不降落。
後世不少科技發明家,如三國時期的馬鈞、晉朝的區純、北齊的靈昭、唐朝的馬待封等,都受這個傳說的影響,相繼朝這個方向發展過。
在兵器製造方面,魯班曾為楚國製造攻城用的器械,在戰爭發揮過巨大作用。後來在墨子的影響下,不再製作這類戰爭工具,專門從事生產和生活上的創造發明,以造福於勞動人民。
2400多年來,人們為了表達對魯班的熱愛和敬仰,把古代勞動人民的集體創造和發明也都集中到他的身上。因此,有關他的發明和創造的故事,實際上是中國古代勞動人民發明創造的故事。
魯班的名字實際上已經成為古代勞動人民勤勞智慧的象徵。
魯班的發明:
魯班的發明創造有多種,散見於戰國以後的書籍中,主要有:
(1)機封。《禮記·檀弓》記他設計出「機封」,用機械的方法下葬季康子之母,其技巧令人信服。但當時盛行厚葬,這種方法未被採納。
(2)農業機具。先進農機具的發明和採用是中國古代農業發達的重要條件之一。《世本》說魯班製做了石,《物原·器原》又說他製做了礱、磨、碾子,這些糧食加工機械在當時是很先進的。另外,《古史考》記載魯班製做了鏟。
(3)木工工具。古代的許多器具是木製的,因此,精巧的工具對木匠來說十分重要。《物原·器原》說魯班製做了鑽(矯正木材彎曲的工具)。《魯班經》還把木工所用的曲尺稱為「魯班尺」,說明古代工匠認為曲尺是魯班發明的,但這只是傳說,曲尺在魯班之前已是常用木工工具。
(4)鎖鑰。在周穆王時已有簡單的鎖鑰,形狀如魚。魯班改進的鎖鑰,形如蠡狀,內設機關,憑鑰匙才能打開,能代替人的看守。
(5)兵器。鉤和梯是春秋末期常用的兵器。《墨子·魯問》記魯班將鉤改製成舟戰用的「鉤強」,楚國軍隊用此器與越國軍隊進行水戰,越船後退就鉤住它,越船進攻就推拒它。《墨子·公輸》則記他將梯改製成可以凌空而立的雲梯,用以攻城。
(6)仿生機械。《墨子·魯問》又記魯班削木竹製成鵲,可以飛三天。另據《鴻書》記載,他還曾制木鳶以窺宋城。《論衡·自紀·儒增》記述了一種傳言,說他製做出備有機關的木車馬和木人御者,可載其母。
(7)雕刻。《述異記》記魯班曾在石頭上刻制出「九州圖」,這大概是最早的石刻地圖。此外,古時還傳說魯班刻制過精巧絕倫的石頭鳳凰。
(8)土木建築。《事物紀原》和《物原·室原》都說魯班創制鋪首,即安裝門環的底座。古時民間還傳說他主持造橋;他的妻子雲氏為了使工匠不受日曬雨淋而發明了傘。
當然,有些傳說可能與史實有出入,但卻歌頌了中國古代工匠的聰明才智。魯班被視為技藝高超的工匠的化身,更被土木工匠尊為祖師。
Ⅳ 魯班都發明了哪些工具
魯班的發明創造很多。《事物紺珠》、《物原》、《古史考》等不少古籍記載,木工使用的不少工具器械都是他創造的如曲尺(也叫矩或魯班尺),又如墨斗、刨子、鑽子,以及鑿子、鏟子,鋸子等工具傳說也都是魯班發明的。這些木工工具的發明使當時工匠們從原始、繁重的勞動中解放出來,勞動效率
成倍提高,土木工藝出現了嶄新的面貌。後來,人們為了紀念這位名師巨匠,把他尊為我國土木工匠的始祖。 另據《世本》上記載,石磨也是魯班發明的。傳說魯班用兩塊比較堅硬的圓石,各鑿成密布的淺槽,合在一起,用人力或畜力使它轉動,就把米面磨成粉了。這就是我們所說的磨,在此之前,人們加工糧食是把穀物放在石臼里用杵來舂搗,而磨的發明把杵臼的上下運動改變做旋轉運動,使杵臼的間歇工作變成連續工作,大大減輕了勞動強度,提高了生產效率,這是古代糧食加工工具的一大進步。魯班發明磨的真實情況已經無從查考,但是從考古發掘的情況來看,龍山文化時期(距今四千年左右)已經有了杵臼,因此到魯班的時代發明磨,是有可能的。 在兵器方面,據《墨子·公輸篇》記述,魯班曾經為楚國製造攻城用的「雲梯」和水戰用的「鉤強」(又名「鉤拒」),在戰爭中發揮了比較大的作用 。 在建築和雕刻方面,魯班的貢獻也很多。《述異記》上說,魯班刻制過立體的石質九州地圖。 魯班不愧是我國古代一位最優秀的土木建築工匠。二千四百多年來,一直被土木工匠尊奉為「祖師」,受到人們的尊敬和紀念。 魯班的發明創造有多種,散見於戰國以後的書籍中,主要有: (1)機封。《禮記·檀弓》記他設計出「機封」,用機械的方法下葬季康子之母,其技巧令人信服。但當時盛行厚葬,這種方法未被採納。 (2)農業機具。先進農機具的發明和採用是中國古代農業發達的重要條件之一。《世本》說魯班製做了石■,《物原·器原》又說他製做了礱、磨、碾子,這些糧食加工機械在當時是很先進的。另外,《古史考》股市靠記魯班製做了鏟。 (3)木工工具。古代的許多器具是木製的,因此,精巧的工具對木匠來說十分重要。《物原·器原》說魯班製做了■、鑽、■括(矯正木材彎曲的工具)。《魯班經》還把木工所用的曲尺稱為「魯班尺」,說明古代工匠認為曲尺是魯班發明的,但這只是傳說,曲尺在魯班之前已是常用木工工具。 (4)鎖鑰。在周穆王時已有簡單的鎖鑰,形狀如魚。魯班改進的鎖鑰,形如蠡狀,內設機關,憑鑰匙才能打開,能代替人的看守。 (5)兵器。鉤和梯是春秋末期常用的兵器。《墨子·魯問》記魯班將鉤改製成舟戰用的「鉤強」,楚國軍隊用此器與越國軍隊進行水戰,越船後退就鉤住它,越船進攻就推拒它。《墨子·公輸》則記他將梯改製成可以凌空而立的雲梯,用以攻城。 (6)仿生機械。《墨子·魯問》又記魯班削木竹製成鵲,可以飛三天。另據《鴻書》記載,他還曾制木鳶以窺宋城。《論衡·自紀·儒增》記述了一種傳言,說他製做出備有機關的木車馬和木人御者,可載其母。 (7)雕刻。《述異記》記魯班曾在石頭上刻制出「九州圖」,這大概是最早的石刻地圖。此外,古時還傳說魯班刻制過精巧絕倫的石頭鳳凰。 (8)土木建築。《事物紀原》和《物原·室原》都說魯班創制鋪首,即安裝門環的底座。古時民間還傳說他主持造橋;他的妻子雲氏為了使工匠不受日曬雨淋而發明了傘。 當然,有些傳說可能與史實有出入,但卻歌頌了中國古代工匠的聰明才智。魯班被視為技藝高超的工匠的化身,更被土木工匠尊為祖師。
Ⅵ 魯班發明的工具有哪些
魯班的發明創造有多種,主要有:
(1)機封
(2)農業機具
(3)木工工具
(4)鎖鑰
(5)兵器
(6)仿生機械
(7)雕刻
(8)土木建築
魯班被視為技藝高超的工匠的化身,更被土木工匠尊為祖師。
Ⅶ 我有幾個機械五金工具怎麼發明專利申請發明專利多少錢
發明專利:1、申請費:900元,印刷費:50元2、專利登記、印刷、印花費:合計205元版3、實質審查費:權2500元。4、年費:1-3年 每年900元,4-6年每年 1200元,7-9年 每年 2000元,10-12年每年 4000元,13-15年 每年6000元,16-20年,每年8000元。
Ⅷ 魯班發明了哪些工具
春秋和戰國之交,社會變動使工匠獲得某些自由和施展才能的機會。在此情況下專,魯班在機械、屬土木、手工工藝等方面有所發明。今天,木工師傅們用的手工工具,如鋸、鑽、刨子、鏟子、曲尺,劃線用的墨斗,據傳說,都是魯班發明的。而每一件工具的發明,都是魯班在生產實踐中得到啟發,經過反復研究、試驗出來的。
Ⅸ 製造工具的工具是什麼機器或者工具的製造,總是一環扣一環的,那麼工具製造的源頭是什麼呢
仿生學舉15個例子:
1。由令人討厭的蒼蠅,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
2。從螢火蟲到人工冷光;
3。電魚與伏特電池;
4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
5。人們根據蛙眼的視覺原理,已研製成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣,准確無誤地識別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達系統後,雷達抗干擾能力大大提高。這種雷達系統能快速而准確地識別出特定形狀的飛機、艦船和導彈等。特別是能夠區別真假導彈,防止以假亂真。
電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。在交通要道,它能指揮車輛的行駛,防止車輛碰撞事故的發生。
6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的「探路儀」。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、台階、橋上的人等。如今,有類似作用的「超聲眼鏡」也已製成。
7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。
8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿製了人力增強器——步行機。
9。現代起重機的掛鉤起源於許多動物的爪子。
10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
11。船槳模仿的是魚的鰭。
12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。
13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。
14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們製造氣味探測儀提供了思路。
15。壁虎腳趾對製造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。
回答者: xss2345 - 試用期 一級 3-12 19:37
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回答者: 丫丫頭2 - 魔法學徒 一級 3-12 18:34
bvj
參考資料:bb
回答者: abc1234pom856 - 魔法學徒 一級 3-12 19:08
蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是「天然導航儀」,人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」,由30O0多隻小眼組成,人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件,它的用途很多。
魚兒在水中有自由來去的本領,人們就模仿魚類的形體造船,以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期,我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉彎,他們就在船尾上架置木槳。通過反復的觀察、模仿和實踐,逐漸改成櫓和舵,增加了船的動力,掌握了使船轉彎的手段。這樣,即使在波濤滾滾的江河中,人們也能讓船隻航行自如。
回答者: zxxoprea22 - 助理 二級 3-12 20:57
蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是「天然導航儀」,人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」,由30O0多隻小眼組成,人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有著怎樣的奇異本領?它們的種種本領,給了人類哪些啟發?模仿這些本領,人類又可以造出什麼樣的機器?這里要介紹的一門新興科學——仿生學。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據《韓非子》記載魯班用竹木作鳥「成而飛之,三日不下」。然而人們更希望仿製鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前,義大利人利奧那多·達·芬奇和他的助手對鳥類進行仔細的解剖,研究鳥的身體結構並認真觀察鳥類的飛行。設計和製造了一架撲翼機,這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構造和功能的發明與嘗試,可以認為是人類仿生的先驅,也是仿生學的萌芽。
人類仿生的行為雖然早有雛型,但是在20世紀40年代以前,人們並沒有自覺地把生物作為設計思想和創造發明的源泉。科學家對於生物學的研究也只停留在描述生物體精巧的結構和完美的功能上。而工程技術人員更多的依賴於他們卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,進行著人工發明。他們很少有意識的向生物界學習。但是,以下幾個事實可以說明:人們在技術上遇到的某些難題,生物界早在千百萬年前就曾出現,而且在進化過程中就已解決了,然而人類卻沒有從生物界得到應有的啟示。
首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題,將研究所得的生物資料予以簡化,吸收對技術要求有益的內容,取消與生產技術要求無關的因素,得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析,並使其內在的聯系抽象化,用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型;最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中,不僅僅是簡單的仿生,更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復,才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果,使最終建成的機器設備將與生物原型不同,在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力,電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。
仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點,就是整體性。從仿生學的整體來看,它把生物看成是一個能與內外環境進行聯系和控制的復雜系統。它的任務就是研究復雜系統內各部分之間的相互關系以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特徵就是生物的自我更新和自我復制,它們與外界的聯系是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量,才能進行生長和繁殖;生物從環境中接受信息,不斷地調整和綜合,才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一,局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關系,即著重於數量關系的統一性,才能進行模擬。為達到此目的,採用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此,仿生學的研究方法必須著重於整體。
仿生學的研究內容是極其豐富多彩的,因為生物界本身就包含著成千上萬的種類,它們具有各種優異的結構和功能供各行業來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內,仿生學的研究得到迅速的發展,且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建築仿生、化學仿生等。隨著現代工程技術的發展,學科分支繁多,在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如:航海部門對水生動物運動的流體力學的研究;航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航;工程建築對生物力學的模擬;無線電技術部門對於人神經細胞、感覺器宮和神經網路的模擬;計算機技術對於腦的模擬似及人工智慧的研究等。在第一屆仿生學會議上發表的比較典型的課題有:「人造神經元有什麼特點」、「設計生物計算機中的問題」、「用機器識別圖像」、「學習的機器」等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究,即動物的感覺器官、神經元、神經系統的整體作用。以後在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來,近些年又出現新的分支,如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。
總之,仿生學的研究內容,從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處於一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代,仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來,同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下,使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變;在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養,加速科學的發展。閃此,仿生學的科研顯示出無窮的生命力,它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。
仿生學的研究范圍主要包括:力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
◇力學仿生,是研究並模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質,以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如,建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築,模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行揣流,提高航速;
◇分子仿生,是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構後,合成了一種類似有機化合物,在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克,便可誘殺雄蟲;
◇能量仿生,是研究與模仿生物電器官生物發光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程;
◇信息與控制仿生,是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據象鼻蟲視動反應製成的「自相關測速儀」可測定飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網路的工作原理,研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上,並在此基礎上構造出新型計算機。
模仿人類學習過程,製造出一種稱為「感知機」的機器,它可以通過訓練,改變元件之間聯系的權重來進行學習,從而能實現模式識別。此外,它還研究與模擬體內穩態,運動控制、動物的定向與導航等生物系統中的控制機制,以及人-機系統的仿生學方面。
某些文獻中,把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生,而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。
仿生學的范圍很廣,信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要,另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段,使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究,大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬,生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程,都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統;而生物控制論則從控制論的一般原理,從技術科學的理論出發,為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節,而是要理解生物系統的工作原理,以實現特定功能為中心目的。—般認為,在仿生學研究中存在下列三個相關的方面:生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎,後者是目的,而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。
由於生物系統的復雜性,搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期,而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作,這是限制仿生學發展速度的主要原因。
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。
在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。
水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。
原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。
仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
開放分類:
生物、自然科學、自然、仿生學、學科
回答者: 小白兔之小玉 - 助理 二級 3-13 17:10
學是研究生物系統的結構和性質以及工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。
仿生學一詞是1960年由美國斯蒂爾根據拉丁文「bios」(生命方式的意思)和字尾「nlc」(「具有……的性質」的意思)構成的。
仿生學(bionics)在具有生命之意的希臘語bion上,加上有工程技術涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工製造的機械都優越得多,仿生學就是要在工程上實現並有效地應用生物功能的一門學科。例如關於信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經功能)、自動控制系統等,這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了很大啟發。可舉出的仿生學例子,如將海豚的體形或皮膚結構(游泳時能使身體表面不產生紊流)應用到潛艇設計原理上。仿生學也被認為是與控制論有密切關系的一門學科,而控制論主要是將生命現象和機械原理加以比較,進行研究和解釋的一門學科。
蒼蠅,是細菌的傳播者,誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅(又叫平衡棒)是「天然導航儀」,人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上,實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」,由3000多隻小眼組成,人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路,大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有著怎樣的奇異本領?它們的種種本領,給了人類哪些啟發?模仿這些本領,人類又可以造出什麼樣的機器?這里要介紹的一門新興科學——仿生學。
仿生學是指模仿生物建造技術裝置的科學,它是在本世紀中期才出現的一門新的邊緣科學。仿生學研究生物體的結構、功能和工作原理,並將這些原理移植於工程技術之中,發明性能優越的儀器、裝置和機器,創造新技術。從仿生學的誕生、發展,到現在短短幾十年的時間內,它的研究成果已經非常可觀。仿生學的問世開辟了獨特的技術發展道路,也就是向生物界索取藍圖的道路,它大大開闊了人們的眼界,顯示了極強的生命力。
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自古以來,自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。種類繁多的生物界經過長期的進化過程,使它們能適應環境的變化,從而得到生存和發展。勞動創造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言,在長期的生產實踐中,促進了神經系統尤其是大腦獲得了高度發展。因此,人類無與倫比的能力和智慧遠遠超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手製造工具,從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認識生物界上,而且還運用人類所獨有的思維和設計能力模仿生物,通過創造性的勞動增加自己的本領。魚兒在水中有自由來去的本領,人們就模仿魚類的形體造船,以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期,我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉彎,他們就在船尾上架置木槳。通過反復的觀察、模仿和實踐,逐漸改成櫓和舵,增加了船的動力,掌握了使船轉彎的手段。這樣,即使在波濤滾滾的江河中,人們也能讓船隻航行自如。
鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據《韓非子》記載魯班用竹木作鳥「成而飛之,三日不下」。然而人們更希望仿製鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前,義大利人利奧那多·達·芬奇和他的助手對鳥類進行仔細的解剖,研究鳥的身體結構並認真觀察鳥類的飛行。設計和製造了一架撲翼機,這是世界上第一架人造飛行器。
以上這些模仿生物構造和功能的發明與嘗試,可以認為是人類仿生學的先驅,也是仿生學的萌芽。