“模仿”动物能力的发明,人类根据动物的能力发明了什么?
苍蝇的复眼曾经启发过人类,人类利用苍蝇复眼的结构发明了一种可以在一瞬间拍摄900多张高清照片的相机。
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那么防水的一些产品则来自“荷叶效应”。荷叶的表面有纳米级别的细胞,荷叶的细胞上也有一些疏水的晶体,这些结构使荷叶具有疏水性。事实上,有许多基于生物结构和功能的发明。
子弹头列车与翠鸟
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早在1963年前后,东京奥运会开幕前,日本发明了历史上第一列子弹头火车,这是当时速度最快的列车,时速230公里。当时欧洲火车的最快速度是每小时160公里。子弹头火车的成功,重新燃起了世界各地建设高速列车的热情。然而,一开始,列车发出的巨大噪音远远超过了环境标准,导致日本居民大量投诉。当时,火车的前部是一颗圆形的子弹。当列车高速进入狭窄的隧道时,列车前部周围的空气将“推动”列车前部的空气,形成压力波。火车一离开隧道,压力波就会冲击出口外的空气,发出巨大的轰鸣声。这种噪音在离隧道400米远的地方可以听到。
日本有个规定,居民区附近的噪音不得超过75分贝。如果动车组的噪音问题无法解决,列车只能在通过居民区时减速,这显然非常不方便。但是,如何解决呢?一个解决方案是改善隧道,但项目庞大,成本太高。现在为止只有一个方法那就是:改进前端的车头。
当时,设计子弹头列车的工程师也是鸟类观察者。他想到了翠鸟。当翠鸟捕鱼时,它会从阻力较小的空气中冲入阻力较大的水中。它也会经历阻力的急剧变化,但只会溅起少量的水。秘密在于翠鸟有一个流线型的长而尖的喙。它离脸越近,喙越宽,这样水就可以顺利回流。
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根据翠鸟鸟喙的奇特形状,科研人员重新设计了火车头前面部分,并在1998年开始使用。实践证明,改进后的列车速度比原设计提高10%,电耗降低15%,噪声级达到75dB标准。
鲸鱼的鳍能“发电”
美国生物学家K.fish在波士顿的一家礼品店看到了座头鲸雕塑。令生物学家惊讶的是,座头鲸的胸鳍雕塑。胸鳍这个部位也是鳍的一种。它几乎是所有鱼类的游泳器官,这就好比是高等脊椎动物的前肢。大多数鲸鱼和其他鲸类的鳍的前缘是光滑的。这样的设计更符合空气动力学,因为光滑的物体表面,产生的颗粒摩擦才越小,才能更好地通过。
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然而,座头鲸的胸鳍却大不相同。它的胸鳍长达5米,这就相当于自身长度的35%,在移动中会起着至关重要的作用。座头鲸的胸鳍上有一些特殊的突起,称为结节,并不平滑。为什么?
通过反复试验,研究人员发现座头鲸不均匀的胸鳍可以有效地减少阻力,帮助水分子快速通过。原因是翅片前缘的结节形成了一个低压区域,当水或空气流经该低压区域时,会产生许多小漩涡。这个小漩涡不仅可以减少阻力,还可以为座头鲸提供更多的浮力。
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受此启发,研究人员发明了用于风力涡轮机的鲸鱼鳍叶片。现在,尽管风力涡轮机遍布世界各地,为人类提供稳定的风能,但仍存在许多问题。首先,它的生产效率不高,还会造成噪音污染。鸟类也将成为旋转叶片的受害者。新型风电机组的涡流叶片被改造成驼背鲸胸鳍那样的凸形结构,不仅可以提高气流的流动效率,还可以更好地在强气流中保持稳定性,减少噪声污染。
蝴蝶启发了电子阅读
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电子阅读器这种产物最大限度地改变了我们的看书方式。这些设备具有持久功率、大存储容量和易于携带。人们不用去图书馆就能阅读大量的书。然而,到目前为止,大多数电子阅读器仍然需要嵌入式lcd灯,屏幕文本的颜色是单调的,在耀眼的阳光下阅读往往是不可能的。