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第一千三百三十六章重塑我们的世界

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  仿生学之所以能成为一个学科,自然就是因为这方面的研究很有用。

  在仿生学里面里面,有很多想法带来的科技,就算是普通人也能想到,但是能做到的不多。

  而里面还有一些,普通人连联想到一起都难。

  有点巧思,也有点离谱,但是真要做成一种,就很有用。

  作为一门新兴的交叉学科,仿生学诞生于20世纪60年代。

  然而在此前很长时间,从发明史的角度看,人类就有一些出色的仿生设计。

  之前是秦军知道的发明史上的部分例子,涉及到不同的领域。

  它们反映了发明家的智慧和巧思,记录下人类仿生设计的早期步伐。

  比如鸟翼与飞行器。

  人类很早就表现出强烈的愿望,试图插上鸟的翅膀飞翔,中西方都不乏有关的传说。

  而真正出于理性,凭借机械技术基础,仿造鸟翼设计飞行器的则首推文艺复兴时期的巨匠莱奥纳多·达·芬奇。

  达·芬奇少年时就有飞行梦想,也热衷于观察各种鸟的躯体结构和飞翔。

  到1486年时,达·芬奇已形成明确的见解。

  他在多个笔记本中画下鸟的躯体结构以及展翅、盘旋的姿态。

  既有速写,也有带有注释的复杂绘画。

  同时也写下几千字的记录。

  达·芬奇还制作了简单的试验装置,把小鸟吊起来,借以观察鸟的不同飞行姿态和身体各部位的功能。

  他还使用各种材料模仿制作鸟、蝙蝠的翅膀。正是通过一系列仔细的观察研究,达·芬奇对飞行问题得出了重要认识。

  达·芬奇原计划写一本叫《论鸟类》的书,但这本书一直没有完成。

  约在1505年,达·芬奇写下名为《论鸟类飞行的手稿》的草稿,计有18页稿纸(正反两面)。

  《手稿》中带有优美的技术性插图和鸟类飞翔的生动形象。

  并且提供了一系列,过去从未被集中在一部研究著作中的精彩内容。

  很显然,达·芬奇相信能够仿照鸟飞行的方式,按一个放大的尺寸制造可以携带人的机器。

  他先设计了一种扑翼机,完全依靠人的臂力。

  后来认识到人的臂力不足以扇起机翼,便又设想使人处于一种俯伏的状态,加上大腿肌肉的力量来驱动。

  动力还是不足,他又考虑使用弹簧或弓弦作动力。

  从达·芬奇手绘的人力飞行器图中,可见人处于一种俯伏的状态,用大腿的力量来驱动。

  从航空学意义上讲,达·芬奇的扑翼设计价值不大。

  但从机械学角度来看,他的设计富有天才。

  扑翼的翅膀设计,成由几根多弯曲的金属杆连接的骨架。

  通过一套轮子和连杆,使每一根都产生多种弯度,从而达到精确模仿鸟的扑翼动作的目的。

  根据达·芬奇的设计,现代意大利研究者复原出了扑翼机。

  达·芬奇还做过这样的设计,他在一张草图中画了四个机翼,驾驶员垂直地固定在里面。

  他用头按住一个操纵杆以控制机翼,用他的双手控制两个曲柄,利用自身的重量带动两个踏板。

  达·芬奇把自己设计的飞行机称作“大鸟”。

  他梦想“大鸟”从佛罗伦萨附近的切塞利山上升起来。

  虽然没有证据证明达·芬奇进行过飞行实验,但达·芬奇对人类飞行的理性探索,却启迪了后人。

  19世纪人类研制成功滑翔机,终于实现了人类像鸟一样飞翔的梦想。

  其实这要的根据仿生学研究出来的有用技术还有很多。

  比如,千百年来人们都是用棉、麻、蚕丝、毛等天然纤维为原料,通过手工织成各种衣物。

  随着19世纪蒸汽动力的纺织机出现,纺织效率大大提高。

  这时天然纤维受产量产地的限制,已无法满足人口增长带来的需求。

  由此促使科学家寻找方便、廉价的替代品。

  人们曾长期观察到蚕吐丝。

  蚕吐出的是一种黏液,在空气中凝固成丝,丝缠绕而后成茧。

  1644年,英国科学家罗伯特·胡克发表论文,认为人类应该能仿效蚕吐丝的工序,制造出一种人造丝,甚至比蚕丝更好。

  此后,化学家设想了多种人造丝制造方法。

  大都是围绕解决黏液的来源,因为这是实现工业化生产的关键。

  1855年,瑞士化学家乔治·奥德马尔设想通过实验,像蚕一样把桑叶变成丝。

  奥德马尔多次实验,最后将桑叶浸在硝酸里做硝化处理,再溶解于溶剂中,真的形成了黏液,并拉出了人造丝。

  奥德马尔很快申请专利,这是世界上首次获得生产人造丝的专利技术。

  之后,其他科学家用树胶、淀粉等原料也制成人造丝。

  事实使人们认识到该发明对人类生活的重要。

  不过,硝酸纤维易燃,成本较高,逐步被后来的发明取代。

  1892年,英国化学家查尔斯·克罗斯、埃德瓦·比万和科雷顿·比德发明了黏胶人造纤维的方法,1894年获得英国专利。

  随着短纤维技术的发展,黏胶纤维还纺出了人造毛、人造棉,应用范围进一步扩大,在市场上占据了重要地位。

  1897年,德国化学家鲍里利用铜氨络合物获得生产铜氨人造丝的专利。

  英国的比万于1921年,获得制造醋酸人造丝的专利,都很快投入到工业生产中。

  铜氨人造丝的原料是短棉绒,要消耗大量的铜、氨,成本昂贵,发展受到限制。

  而醋酸纤维不易燃,手感类似真丝,其原料是木材浆粕、冰醋酸、醋酸、丙酮等,来源相对丰富。

  20世纪初,人造丝传入我国,国人曾根据西文名把“rayon”译为“嫘萦”。

  嫘祖是传说中黄帝的妻子,最早发明养蚕。

  “萦”表达人造丝的旋回盘绕之状。

  而今人造丝的通用名是人造纤维,各种人造纤维的织品已渗透大众的生活。

  这些如果很多人都不了解的话,其实我们生活中也有很多仿生学设计。

  奶嘴,其实就是仿生设计的一个简单而生动的例子。

  远在两千多年前,古罗马人就使用动物皮革制成人工奶嘴。

  不过由于卫生问题,这种奶嘴使用有限。

  中世纪后期,西方社会时兴银制的奶嘴。

  一方面是比较好看,另一方面是银的化学稳定性好。

  然而最主要的问题还是价格,哺器要用手工打制,成本较高。

  加上富裕的人家常雇用奶妈,这使得银制哺器的市场有限。

  进入19世纪,随着新技术的发展,刺激发明家做出新的尝试。

  1841年美国人查尔斯·温士普仿照人的身体结构发明了一种奶瓶。

  这种奶瓶可以让母亲佩戴在身上。

  据说可以让宝宝相信,食物是来自妈妈。

  但是传送仍有问题:宝宝还得靠海绵填充的鹿皮来吃饭。

  1945年,奶嘴技术有了突破性进展。

  纽约的发明家伊利亚·普拉特利用查尔斯·固特异创新的橡胶硫化技术,获得历史上第一个橡胶奶嘴的专利。

  此后有关的新专利不断出现,甚至成为一股潮流,培育了欧美的新市场。

  当然,这只是一个小发明,很多人都不会在意,也有人不知道。

  而最为人耳熟能详的,应该是蝙蝠、海豚与声呐。

  声呐(或“声纳”),也称声雷达,是英文缩略词“Sonar”的音译。

  原意是“声音导航与测距”。

  声呐发出的超声波,碰到水中物体被反射回来形成反射波(或称“回声”),反射波被接收机所接收。

  根据超声波从发出到返回的时间,声呐便可以发现目标并探测出它的距离。

  声呐是典型的仿生技术,而人们的认识经历了一个复杂的过程。

  早在文艺复兴时期,达·芬奇就尝试把两端开口的长管,插入水中听测远处的航船。

  这种传声管被称之为“芬奇管”,是被动声呐的雏形。

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