14大仿生發明：機器手臂模仿像鼻(組圖)

2011-01-20 15:28

據國外媒體報導，大自然是人類賴以生存的母體，人類的發展進步離不開大自然的庇護。在科學領域同樣如此，科學家和工程師們的很多發明創造都是從大自然身上獲得靈感，比如能夠像鳥類和蝙蝠一樣在天空中振翅飛翔的偵察相機，擁有壁虎足墊一樣粘附功能的機器人可以在垂直的光滑牆壁上攀爬等。以下十四種仿生發明技術的創新靈感都來源於大自然的動物和人類身上，充分體現了大自然無與倫與的神奇力量。

1.模仿大象鼻子的機器人手臂

模仿大象鼻子的機器人手臂模仿大象鼻子的機器人手臂

機器人總是受到當時計算機發展水平的限制。不過，隨著計算機技術的持續發展，它們可以為機器人的動作提供越來越複雜的計算。如下這種設計或許可以讓機器人擁有更靈活、更柔韌的動作：一個根據大象鼻子的特點設計出來的新型仿生機器處理系統--「仿生操作助手」。「仿生操作助手」由德國工程公司費斯托公司研製，它可以平穩地搬運重負載，原理在於它的每一節椎骨可以通過氣囊的壓縮和充氣進行擴展和收縮。

2.源自蝙蝠的太能陽偵察機

源自蝙蝠的太能陽偵察機源自蝙蝠的太能陽偵察機

蝙蝠竟然也可以成為偵察設備的創意源泉。美國軍方慷慨解囊1000萬美元，資助密歇根大學工程學院研製蝙蝠型太陽能自動偵察機。這款自動偵察機長約6英吋(約合15厘米)，擁有一個透明的頭部，其中裝有一個太陽能電池板，它還擁有一對象蝙蝠翅膀一樣的飛行翼。僅僅依靠1瓦特的能量，它其中的相機就可以蒐集大量的偵察數據。

3.鳥類頭骨幫助科學家研製出更輕、更堅固的建築材料

鳥類頭骨幫助科學家研製出更輕、更堅固的建築材料

為了設計出一種高效的仿生材料，建築師安德列斯-哈里斯曾經專門研究過動物的骨骼，尤其是鳥類的頭骨。哈里斯表示，「一般說來，頭骨擁有強大的防撞擊結構，同時它們也非常輕，可以對其中最重要的動物器官進行有效的保護。這種物理特性可以應用於建築結構的設計上。」哈里斯在一個大型帳蓬上測試過這種材料，他認為這種設計也可以應用於汽車之上。

4.子彈頭列車設計靈感來自翠鳥的喙

子彈頭列車設計靈感來自翠鳥的喙子彈頭列車設計靈感來自翠鳥的喙

翠鳥從空中一頭紮入水中，不會濺起任何水花，這主要歸功於它那特殊形狀的喙。日本工程師們意識到，同樣的形狀可以解決日本超高速子彈頭列車所面臨的一個煩人問題。此前，這種列車在駛離隧道時會產生音爆現象。列車在高速行駛中，前部「鼻子」形成的風牆不僅僅會產生巨大的噪音，而且還會減慢列車的速度。而根據翠鳥喙部形狀設計的新型列車「鼻子」可以消除這些問題，可以幫助列車能效提高20%。

5.源自貓大腦的仿生計算機

源自貓大腦的仿生計算機源自貓大腦的仿生計算機

近年來，計算機技術已經取得了重大進展，但即使再強大的超級計算機也無法像貓那樣能夠識別出人類的面部。密歇根大學科學家決定研究貓的大腦以研製一臺智能計算機。現有的計算機以線性模式執行代碼，而哺乳動物的大腦則完全相反，它們可以同時處理許多事務。科學家正在研製一種電路元件，這種設備可以像仿生神經鍵一樣處理事務。它可以記住通過的電壓數，這與動物大腦中的記憶和學習功能相似。密歇根大學計算機工程師盧韋認為，這種創意比仿生人類大腦更具現實意義。
6.模仿蝙蝠聲波導航功能的聲波手杖

模仿蝙蝠聲波導航功能的聲波手杖模仿蝙蝠聲波導航功能的聲波手杖

眾所周知，蝙蝠可以在漆黑的空間裡利用超聲回聲自由飛行，超聲回聲可以幫助它們定位障礙物的位置。聲波手杖就是模仿了蝙蝠的聲波導航功能，它可以警告盲人路上遇到的障礙物。每一根聲波手杖上都擁有無數的感測器，甚至可以幫助盲人發現比頭部還要高的障礙物。

7.仿生人類耳朵的無線電晶元

仿生人類耳朵的無線電晶元仿生人類耳朵的無線電晶元

這種無線電晶元比人類設計的任何頻譜分析儀都要快，而且它幾乎不需要電能。這種技術之所以能夠成為現實，就在於它模仿了人類的耳朵。美國麻省理工學院的研究人員對耳蝸轉換聲波的方式進行了深入研究。聲波在內耳中產生機械波，它可以激發微型毛髮電池從而產生電信號。麻省理工學院研製的人造耳蝸無線電晶元就是採用了這種設計原理。這種晶元可以接收手機、網際網路、收音機和電視等多種信號。

8.模仿鳥類的微型飛機

模仿鳥類的微型飛機模仿鳥類的微型飛機

當你發現自己的房子上空出現一個小型的飛行物時，不要以為它肯定是普通鳥類或蝙蝠，它也有可能是一架微型飛機。名為「Robo Swift」的微型飛機由荷蘭代爾夫特理工大學研製，它是根據雨燕的生物學特徵設計的。眾所周知，雨燕是一類飛行速度極快的鳥類。在「Robo Swift」微型飛機上裝上偵察相機，可以用來研究其他鳥類，甚至還可以對人類活動進行偵察。風洞試驗發現，它不僅僅可以像鳥類一樣快速飛行，而且還擁有向後收起羽毛的功能。

9.模仿壁虎的黏性機器人

模仿壁虎的黏性機器人模仿壁虎的黏性機器人

如果沒有吸盤，機器人如何在垂直、光滑的物體(如玻璃)表面攀爬呢？而使用吸盤速度很慢，效率很低。美國斯坦福大學機械工程學教授馬克-庫特科斯基研製了一種「黏性機器人」，其設計靈感就源自壁虎足墊上的小剛毛。壁虎足墊上長有數以百萬計的小剛毛，小剛毛還擁有細微的分叉尖端，它們可以與物體表面的分子結合，產生強大的粘附力。這種粘附力可以幫助壁虎自由地在垂直、光滑的物體表面攀爬。

10.鹿角結構成為製造超強工業材料的原理

鹿角結構成為製造超強工業材料的原理鹿角結構成為製造超強工業材料的原理

鹿角為什麼會如此堅硬？英國約克大學科學家也無法確定鹿角的濕度是否會對其強度產生影響。因此，科學家們對鹿角進行了對比研究，對比的標本分別是決鬥前的鹿角和決鬥後被切開的鹿角。在決鬥前，需要鹿角處於最堅硬的狀態。研究人員發現，在決鬥前階段，鹿角會變得十分乾燥。乾燥、堅硬的材料通常都易碎，很容易折斷，但是鹿角事實上卻比人類的骨骼硬2.4倍。這一發現似乎解決了工程師們的一個難題：應該可以製造出一個既硬又干的材料。鹿角的結構極有可能成為製造超強工業材料的原理。

11.人類牙齒結構與航空科技

人類牙齒結構與航空科技人類牙齒結構與航空科技

人類牙齒的強度只和玻璃差不多，但為什麼它們能夠在幾十年中經受各種堅硬食物的磨礪？以色列特拉維夫大學研究人員對數千顆人類牙齒進行了深入研究併發現，在壓力下牙齒的外層擁有一種特殊的結構，這種結構形成了一個微裂紋網路，而不會產生巨大的裂縫。一段時間後，這些微細的裂紋又可以自動癒合。如果工程師們能夠在某種合成材料中找到這種不穩定的多層結構，並以某種方式進行複製，就可以研製出一種更輕、抗撞擊能力更強的航空材料。當然，這種自癒合的過程可能需要很長時間才可以實現。

12.壁虎眼睛與未來隱形眼鏡

壁虎眼睛與未來隱形眼鏡壁虎眼睛與未來隱形眼鏡

壁虎的足墊並不是讓工程師們獲得發明靈感的唯一器官。科學家們發現，壁虎的眼睛中擁有一系列截然不同的中心區，這使得它們能夠在夜間看清顏色。這種能力很少在其他動物身上發現。這些區域分別擁有不同的折射率，這使得壁虎的眼睛成為一個多焦點光學系統，不同波段的光線可以同時聚焦於視網膜上。因此，壁虎眼睛的靈敏度比人類的眼睛高出350倍，它們可以聚焦不同距離的各種物體。根據這一發現，科學家們可以研製更高效的相機，甚至可能研製出多焦點隱形眼鏡。

13.東方知更鳥羽毛與新一代光學材料

東方知更鳥羽毛與新一代光學材料東方知更鳥羽毛與新一代光學材料

雄性東方知更鳥擁有亮麗顏色的羽毛。不過，與自然界其他大多數顏色不同，雄性東方知更鳥羽毛上的顏色並不是由色素形成的。這是由一種類似於啤酒泡沫自組合方式的納米結構產生的藍色陰影。不同的物質在變得不穩定並開始相互分離時，就會產生一種「相位分離」現象。本質上講，這些顏色的形成過程與「相位分離」的方式是一樣的。隨著羽毛的生長，羽毛中的顏色生成結構會像活細胞中的水泡一樣生長。這些複雜的光學結構在顯微鏡下看起來像是充滿氣泡的海綿，它們可以用來研製新一代光學材料。

14.人類眼睛與寬視野相機

人類眼睛與寬視野相機人類眼睛與寬視野相機

人類眼睛的曲面比任何相機都擁有更寬的視野。對於工程師們來說，挑戰在於如何將微電子元件安裝到一個曲面上，同時又要保護不損壞它們。美國西北大學科學家黃永剛和伊利諾斯大學科學家約翰-羅傑斯發明瞭一種曲形相機，這部相機與人類眼睛的大小、形狀和原理都幾乎一樣。科學家們同時研製了一種類似網絲一樣的材料，將電子元件固定於曲面之上。這一技術將攝影技術推向一個新高度，新型相機將使得鏡頭中的全部場景更清晰，而不像現有的相機所拍攝的照片那樣中心清晰而兩旁景物較為模糊。此外，該技術還有可能推動未來人造視網膜和仿生眼睛的研製。