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守望先锋国服玩家数:仿生學的創新應用研究

作者:admin 更新時間:2019年05月23日 09:15:05

守望先锋新英雄怎么卡无敌出图 www.yzssv.icu   摘要:本文深刻分析了現代工業化發展所遇到的新問題,剖析了仿生學在現代社會中的經濟作用、仿生學在發明創造過程中發揮的重要作用,著重闡述了仿生學對企業創新投資的指導作用。本文主要闡述了以下幾方面的論點:(1)仿生學的應用產生了越來越多的社會價值,如仿生學的環保價值,可循環利用的價值等。(2)通過案例分析了仿生學在社會生產中的典型應用,提出了仿生學的創新應用思維。如研究蒼蠅的躲避機理,借鑒其機理并運用到了汽車上,通過攝像頭的視覺捕捉,汽車上的仿造蒼蠅大腦的智能系統,能夠判斷這車前的行人車輛和固定障礙物,并通過計算來決定是否要自動剎車來躲避危險,這樣的視覺防碰撞系統,在某些情況下可靠性上甚至超過了傳統的雷達剎車系統,更好地實現了?;ぷ饔?。(3)分析了仿生機構及系統的應用研究及仿生學的應用前景。


  關鍵詞:仿生學,低耗高效,潛力,產業


  中圖分類號:Q81文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2018)02(b)-0097-04


  從第一次工業革命到今天,人類社會一直倍加推崇機械化生產。但事實上,我們對于原料的利用水平仍停留在加熱、加壓、化學處理之類的做法上。與此同時,人們顯然不能忽視這種做法所帶來的負面效應,越來越嚴重的溫室效應,導致南北兩極的冰山加速溶化。南半球的臭氧空洞使得某些地區的紫外線計量達到了可以致癌的程度,化學加工所產生毒性副產品導致觸目驚心的環境污染,另一個無法忽視的事實在于不可再生資源的迅速消耗。


  自從20世紀開始對于資源的爭奪成為了戰爭的導火索之一。如今,全世界對石油、煤炭和天然氣等石化資源的需求量不斷增長,但存儲量卻在不斷減少。2013年來自英國石油公司的一份報告指出倘若按當年石油日需求量9200萬桶來計算的話,全球剩余石油僅夠半個世紀使用。在這個人類自認為有史以來最好的時代中,一個不可避免的問題便是發展方式所帶來的破壞性。許多發展是以破壞既有生態鏈條為代價的。過度追求發展而產生的大量排放早就令大自然無法承受。而隨著時間推移,人類透支大自然造成的破壞性必將成倍的返還到人類自己身上。


  這一方面的教訓已經不少,經過億萬年的演變,大自然以低耗高效的方式持續維持著生態系統的運轉。如果人類能從大自然中獲得啟示,將為人類的發展開創一條資源節約、環境友好型的道路。新黃金時代,可能來自仿生學。在人來以往的工業革命中,經過技術創新,人類確實在生產力方面得到了巨大的提高,但事實上,真正得到改變的是單位時間產品的產出而已。至于浪費了多少能量與材料,只要不被計入成本,一切都不在人類的考量范圍之內。大自然的做法則完全不同,自然選擇與進化的結果緣于對資源與能量的極致利用以及對環境所保持的友好特性。當今世界,雖然人類需要迎接來自各個方面的層層挑戰,但一個全新的領域蘊藏著巨大的機遇,并且不會破壞環境,這個行業帶來了全新的模式并掀起了一股新時代的淘金潮,這就是仿生學。


  1對仿生學社會價值的分析


  時至今日,仿生學產業更是擁有著巨大的潛力。和傳統生產相比,效仿大自然的仿生?W具備三大優勢:


 ?。?)成本低,不浪費資源,例如納米技術每次合成的僅僅是所需的一個分子,這就意味著沒有任何多余的邊角料。


 ?。?)污染低,綠色化學便是仿生學的一個分支,其中無論是原材料還是產物副產品都是可降解的。


 ?。?)可循環利用,正是這些優勢使仿生學開創黃金時代成為可能,在2010年,全球投向可持續發展企業的資金便超過了2000億美元,比2009年增長了40%之多。據推測,到2025年各國利用仿生學所創造的國內生產總值將高達10000億美元,其中僅美國一國便可達3000億美元。


  屆時,仿生學對化工產業、垃圾處理、環境治理三大領域的影響將達到15%。而與此同時建筑業和工程服務、紡織品生產運輸設備和公共設施領域10%的產品都將具備仿生學的特點。在食品產品建筑工程、塑料制品、計算機設備和通信領域,仿生學也將創造5%的產值。以上數字意味著仿生學除了能帶來拯救地球環境的社會效應,還蘊藏著真金白銀的巨大商機。


  2對仿生學應用案例的分析


  仿生學早已滲透在生活的方方面面,也許在不經意間已經接觸并感受到了仿生學的巨大魅力。許多人都知道古希臘有個著名的科學家阿基米德,他的阿基米德定律解釋了浮力的存在機制,成為了流體力學的基礎。而事實上阿基米德也是有史以來最早的仿生學家之一。在前往古埃及亞歷山大古城時,阿基米德遇到了一個現實問題,在夏天的烈日下,農民在尼羅河水邊使用水桶積水,而這種做法做法低下的效率使得他們只能灌溉很少的土地,如何解決這一問題呢?阿基米德受到了海螺殼線條的啟發,發明出了一種神奇的水泵,這種水泵中只有一個人造螺旋在水管中轉動,借此將尼羅河的水從低處抽到高處。由此干涸的土地得到了充足的滋潤。而埃及此后成為整個地中海地區的糧倉,恐怕這一神奇的發明也是功不可沒的。這種水泵被冠以阿基米德提水器的名聲。和螺殼一樣,它的結構簡單而堅實,同時也不會因為吸入石子而堵塞。一直到2000多年后的現代社會使用這種原理的設備依然在世界各地為人民提供種服務。


  接下來了解一下鯊魚皮怎么幫助運動員贏得世界冠軍的:在多數人的概念里,物體表面越光滑,就意味著阻力越小,這似乎已經成為一種常識,然而在2008年的奧運會上,那些馳騁泳道的健將卻偏愛一種表面粗糙的連體泳衣。正式這種特殊的泳衣大大的減小了運動員在水中受到的阻力。從而提高了競賽成績。在北京奧運會上創造世界記錄的25名選手中,有23人穿有鯊魚皮泳衣。


  作為海洋中的獵食動物霸主,鯊魚特殊的生理結構使它豪不停歇游動,才能保證不間斷的攝入氧氣,正因為如此,對于5億年前就已經出現的鯊魚來說,如何降低游動阻力便成為了進化過程中關乎生死存亡的要素。在仔細研究鯊魚表皮的過程中,科學家們驚訝的發現鯊魚的皮膚并非光潔無暇,而是滿是細小的垂直鱗片,這種鱗片被稱為盾鱗或復翅,當鯊魚用魚鰭或魚尾在身后拍打出旋渦以推動身體前進時,復翅能夠避免身體表面吸附并拖拽水流,從而影響游動的速度,借鑒了上述理念的鯊魚皮連體泳衣,將運動員們從頭到腳都包裹了起來,隔開了水流而應動員的每一次劃水,也不再會因為受到附近水體的拖拽而耗費額外的力氣,從而減少了3%的阻力,對于動輒零點一秒決定勝負的游泳項目而言,這幾個百分點的差別往往決定了誰能站在領獎臺上手握金牌,笑容綻放,誰又能在背景中黯然落淚。下面看一看蝴蝶的翅膀,蝴蝶的翅膀可以幫助全世界省電80%,蝴蝶的翅膀色彩斑斕,絢麗奪目,確實令人著迷。不過,誰又能想到蝴蝶的翅膀將在照明和顯示器這兩個領域掀起一股改革的狂潮呢?從白熾燈到節能燈,再到發光二極管,隨著技術的進步,每個家庭中的照明能耗也在不斷降低,倘若LED能夠普及的話,全世界用于照明的電費便能降低80%之多,這背后的熒光形成機理,啟發了科研人員對LED發光二極管進行改進,通過模仿蝴蝶翅膀的發光體系,科學家改進了發光二極管內部的反射結構,從而將發光效率提升了一倍之多。此外蝶翼的熒光效果也給顯示器的制造帶來了靈感,在強烈的陽光下,我們往往會抱怨手機屏幕太過暗淡,難以看清上面的內容,而蝶翼的熒光特性,卻能夠借助外界的光線來增強其顯示效果,倘若這項研究最終被運用到顯示屏上,那么即便是在烈日的直射之下,手機上的內容也會借助熒光的增強效果,依然清晰如故。


  說了蝴蝶,讓我們再來看一看蒼蠅逃命的絕技,它可以幫助我們造出更安全的汽車,不管在世界的哪個角落,蒼蠅無疑都是令人生厭的生物,他們會肆無忌憚地落在你的飯菜上,污染的食物,然后便逃之夭夭,更令人惱火的是,每當我們試圖拍死蒼蠅時,他們的反應總是那么敏捷靈巧,用一技彈跳便躲開了那原本致命的一擊,然后如同示威一般繼續在我們周圍繞來繞去,超級慢動作相機顯示,當我們試圖拍死蒼蠅時,他們就像在跳芭蕾舞一般,靈活而協調,瞬間將腿和身體調整到位,讓整個躲避過程在霎那間完成,更為驚人的是,蒼蠅的腦袋能夠察覺到威脅及其來源方向,然后計算出最佳逃跑路線,并指揮身體通過腳尖的旋轉跳到安全的地方,而這一切動作只需1/10s。


  研究蒼蠅的躲避機理用處很大,目前已經有借鑒其機理的設備運用到了汽車上,通過攝像頭的視覺捕捉,汽車上的仿造蒼蠅大腦的智能系統,能夠判斷這車前的行人車輛和固定障礙物,并通過計算來決定是否要自動剎車來躲避危險,這樣的視覺防碰撞系統,在某些情況下可靠性上甚至超過了傳統的雷達剎車系統,更好地實現了?;ぷ饔?。


  在很多文化中,蓮花都是純凈的象征。在我國,宋代《愛蓮說》里,將這種純凈的特性,描述為出淤泥而不染,濯清漣而不妖,描述了荷葉自我清潔的神奇能力。事實上,籠罩在蓮花之上的純潔光環確實不只是文人墨客的想象,而是真實存在的。特殊結構所帶來的防水防污效果,直到20世紀80年代末,借助高倍顯微鏡的幫助,工程師們才弄清楚了荷葉無塵化表面的清潔機制,荷葉表面的微觀結構,充滿了幾微米大小的突起,在表面張力的作用下,落在荷葉上的水成為了滾來滾去的水珠,不僅不會沾濕荷葉,反而在滾動中將其表面的泥土和灰塵顆粒一起帶走。現在,模仿荷葉機理所研發出的涂料和表面結構已經得到了廣泛的應用。


  在歐洲,有30多萬棟建筑物使用荷葉涂料處理外墻,如此一來,不僅墻面能夠在多年內保持清潔,霉菌和藻?也無從落腳,連綿陰雨天氣之下,房屋也能始終保持著良好的外觀,至于戶外運動所使用的沖鋒衣上,也同樣存在著荷葉式的結構,使得衣料能夠同時兼顧透氣與防水。


  接下來讓我們再看一看榴蓮是怎樣幫助我們移民火星的?榴蓮的口感綿軟甜美,是時下頗受歡迎的水果類型,其特殊的味道也著實使得不同的人群愛憎分明。在炎炎夏日,品嘗著榴蓮甜點你是否會想到這種水果將會給未來的火星定居的宇航員提供幫助呢?看過電影《火星救援》的朋友們,也許還記得,火星上氣密房間破裂時的驚險一幕,空氣裹挾著寶貴的蔬菜土壤,如同一陣狂風一般沖出房間,消散在了火星近乎真空的微博大氣層之中,而主角的命運,也因為這樣一次事故,而變得更為兇險起來,事實上,倘若馬特達蒙的菜地能夠以榴蓮為結構進行設計的話,這樣的情況也許就能夠得到避免,不過劇情也就無法進行下去了,在榴蓮內部,每個種子都被單獨密封在一個個獨立的加壓器室中,而這些氣室互相連接成為一個整體,既能抵御火星上的惡劣條件,還能在不使用鋼筋架構的情況下增強建筑物的強度。


  對于絕大多數人來說,打針恐怕不是什么愉快的經歷,經歷了消毒棉球的摩挲之后,一針入肉,酸痛腫脹的感覺隨之而來,根據統計,全球超過兩成的人,在打針的時候會有昏厥或眩暈的感覺,這就是傳說中的暈針。不管針頭有多細多尖,針尖刺入肌膚時的痛感還是難以抹去,不過真的所有針頭都會如此讓人痛苦嗎?那倒未必,至少,當蚊子用嘴在吃透人的皮膚離開時,紅種才會被發現,這個時候蚊子卻早已經逃之夭夭了。原來,蚊子進化出了一種高度鋸齒狀的喙,其形狀類似面包刀,在刺入時幾乎不會接觸到皮膚中的神經,這一點被日本大阪關西大學的科研人員使用到了實踐中,他們模仿蚊子喙的形狀,發明出了一種用二氧化硅制作的鋸齒狀針頭,其直徑僅1/10mm,相當于人類頭發的寬度,倘若這種無痛針頭能夠用于血液成分監測的話,就能為數量日漸增長的糖尿病患者帶來福音,對他們而言,每天都要進行的血糖檢查,無疑是最需避免痛苦的過程。


  3仿生機構與系統的應用


  仿生機構及系統的制造是以仿生學為指導,在提取自然界生物的優良性能特征基礎上,模仿生物的形態、結構、材料和控制原理,設計制造具有生物特征或優異功能的機構或系統的過程。


  例如動物肢體是由骨骼、韌帶和肌腱組成,仿生機構及系統是由剛性構件、柔韌構件、仿生構件以及動力元件等人為實物而制成的機械系統。通過運動副或仿生關節的連接,系統各部分在控制系統的指揮下,可實現某種程度上模擬特定生物的運動功能。


  仿生機構及系統中的剛性構件是整個機構的基礎,是機構中作剛體運動的單元體,決定著機構的自由度數及活動范圍;柔韌構件是指彎曲剛度小且不會伸長或縮短的帶狀構件,這種機構是傳統機構學中所沒有的,它決定著剛性構件的驅動方式及機構運動的確定性;仿生構件是指那些為模仿生物運動器官的力學特性而增設的,在機構中獨立存在,不影響機構的相對運動,只起到改善傳動質量的構件;動力元件是指一類能在系統控制下直接對柔韌構件施加張力的動力源,其功能相當于動物的肌肉。人手的功能和靈巧性幾乎是不可能復制的,但全球不少生物技術公司正在開發新一代假肢,它可以使假手能夠做更精細靈巧的工作。例如,一種輕型人工智能假手FluidHand,它的每個關節都由一個微型液壓推動系統提供動力,并在截肢者肢體殘端肌肉中植入傳感器,通過肌肉張緊松弛的肌電信號控制每個手指的動作,這種推動和控制系統使得手指表現得更加自然,并使其比一般假肢更具?`活性。


  隨著科技、信息和經濟的快速發展,以及人們對智能化、人性化和集成化的產品需求迅速增加,仿生機械的功能部件、仿生智能假肢和仿生服務機器人等功能將得到進一步提高和發展,將在工業、醫療、養老和社會服務領域得到廣泛的應用。


  4仿生學的應用前景


  以上是仿生學轉化為產品或產品理念的一些經典案例,那么仿生學真的能從一個奇思妙想的學科變成一個充滿前途的產業嗎?仿生學的變革能為整個人類帶來利益嗎?毫無疑問,仿生學企業將會面臨和傳統企業大小不同的困難,不過只要能夠很好地把握仿生學企業的特點,投資這種不走尋常路的行為,同樣能夠帶來巨大的經濟與社會效益。


  對于那些試圖用仿生學改變的傳統行業而言,現存的跨國資本集團猶如既定航線上急速前行的巨輪,任何方向的轉變,動力的更換,都會引起船上乘客的不滿,對于那些受到嚴密監管的制藥企業,以及可望長盛不衰的汽車生產商而言,趨利避害才是第一要務,巨大的現有市場份額,往往使得人們見利忘義,而工程技術人員在職業方面的既得利益,思維慣性,也可能成為難以逾越的一道障礙。正因為如此,為仿生學企業所設立的目標,便是改變行業的方向,重塑整個領域的利益分配與產業結構。相比IT金融來錢快的產業,仿生學需要長期的布局才能帶來收益,因而在獲利的節奏方面顯得稍慢一籌。


  與眾不同的創新給仿生學產品帶來了優勢,但這種特殊性卻也需要更多的審查,更長時間的接受才能最終在市場方面獲得良好的反饋??⒎律Р?,就意味著深度耕耘,在尋找風險投資時,仿生學企業則要牢記一點,那就是他們的投資回報周期更長。谷歌和FaceBook,這樣的公司不需要去建造一個綠色城市,所以既不需要申請許可,也不需要通過冗長的臨床實驗,以證明藥品或醫用粘合劑的無毒無害,為此需要找到一個有耐心愿意等待投資回報的風險投資公司進行合作。許多公司的發展模式猶如雜草一樣,盲目的追求過快的擴張速度,現代西方企業的戰略規矩,往往只有短短2~5年時間,在將資源和發展空間耗盡之后,這樣的企業便走向衰落。相比之下,一個優秀的仿生學企業,應當像一片紅樹林一樣進行發展,維持自身可持續的同時,通過自我發展創造出多樣性和豐富性,由此屹立不倒并愈發繁盛下去。


  5結語


  本文結合社會生產實際,深刻分析了仿生學在國民社會生產中的應用方法及創新思維,深刻分析了仿生學的社會應用價值,并剖析了仿生學的發展趨勢以及其未來社會的影響以及對仿生學產業投資方形進行了獨到的闡述。隨著對仿生學研究的不斷深入,仿生學對我們日常生和及社會的發展也將會產生越來越大的影響。本文通過獨特的視角和創新的思維分析,進一步引導我國仿生學的發展和應用。