讓盲人看到光:在植入微小的仿生視網膜後,三名盲人患者不僅看到了閃爍或移動的光點,甚至成功地用眼睛區分了杯子和盤子。這是在美國視覺和眼科學會年會上宣布的最新進展。研究人員表示,他們開發的仿生視網膜片只有4乘5毫米,相當於人眼正常視網膜的三分之壹左右。它由矽膠和鉑金制成,上面有16個電極。植入後可以附著在天然視網膜上。其工作原理是用電信號刺激患者尚未完全喪失功能的視網膜細胞,通過視神經向大腦傳遞視覺信息,從而部分恢復視力。仿生視網膜主要用於治療視網膜色素變性患者。但研究人員估計,這種改進的技術可能有利於未來出生失明的盲人。
合成蜘蛛絲:如果妳曾經輕推過蜘蛛網,妳會感覺到它在斷裂之前有壹個拖拽和拉伸的過程。正是通過這種拉伸過程,蜘蛛絲吸收了大量的能量,這使得蜘蛛絲成為世界上延展性最強的材料之壹。多少年來,人們壹直幻想著可以用蜘蛛絲做衣服,現在這個幻想正在慢慢變成現實。蜘蛛絲含有壹種纖維蛋白,這種蛋白質類似於毛發和角中發現的角蛋白。這種蛋白質分泌出來後開始變得堅韌。通過仔細平衡水分含量,蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白固化過快。在不久的將來,人造蜘蛛絲將被用於制作衣服或超強繩索。
用於運動方向識別的神經元函數模擬器
自動目標報告機
平面復眼透鏡
側抑制微光電視
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參考資料:
來源:中國科學院香山科學大會
受訪者:有壹個6級助理2-18 13:50。
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仿生學是壹門迅速發展的新科學。仿生學是壹門主要利用自然動物的特性和習性來研究其特性和應用的科學。生活在海洋中的動物是科學家研究仿生應用的重要動物之壹。現在介紹幾種海洋動物及其仿生應用。
金槍魚金槍魚是海洋魚類中移動最快的動物之壹。金槍魚捕食時時速可達80公裏左右。在麻省理工學院,科學家以金槍魚為模型,制作了壹條1.2米長的機器魚,名為“查理”(Charlie),並在水槽中開始了測試。科學家將這壹發現推向了技術的應用。
魚的尾鰭可以用作推進動力和導向。考慮到這壹特點,在計算機上對金槍魚的外形進行了分析,研究結果為水面艦船提供了鰭推進方法。而且機器人鰭的動作也有所改進,可以在角落裏自由遊動。科學家們還研究了金槍魚的皮膚,希望獲得更好的流線型特征。
鮭魚鮭魚可以生活在快速流動的水中。雖然他們的運動系統和金槍魚很像,但還是有區別的。三文魚不僅能自如控制自己,還能以閃電般的速度起步,不動就能達到14 km/h的速度。他們為什麽能這樣做?除了搖尾巴的頻率,通常魚越大越長,遊得越快。科學家發現,鮭魚在加速時,每秒鐘可以搖擺尾巴15次。所以它的仿生價值極高。
企鵝企鵝在陸地上看起來很笨拙,但在水中卻極其靈活。為了找到壹個理想的流線型模型,科學家們在企鵝的背上放了壹個微型測量儀,記錄了它每天的運動距離、深度和速度。為了拍照,科學家們還在南極安裝了壹條特殊的水道。通過進壹步的實驗發現,企鵝的運動與魚類不同,它幾乎只依靠鰭來推進自己,這說明企鵝的身體已經進化成了體積大、阻力小的優化模型。此外,它的身體在水中幾乎不改變形狀,這使得模型實驗非常簡單。
鯊魚鯊魚已經在海洋中生活了3.5億年,可以達到每小時70多公裏的高速。科學家在顯微鏡下檢查深海鯊魚的皮膚時,意外發現鯊魚鱗片呈扇形,有小凹槽。然而,在傳統觀念中,表面越光滑,阻力越小。因此,科學家們從不同角度組裝了數百個模型比例,以形成壹個人工測試表面。測試結果表明,摩擦損失比光滑表面少10%,這壹新發現立即找到了技術應用。這種仿生皮膚用於包裹空客飛機的外表面,使每架飛機的年油耗減少了350噸。如果每年在環遊世界的飛機上安裝這種皮膚,節省的燃料價值可達數十億美元,造成溫室效應的二氧化碳和氮氧化物也將大大減少。
少林拳大量動作的動物仿生,表明少林拳繼承了中華始祖“《熊家餐館》通鳥”的指導仿生傳統和華佗模仿虎、鹿、熊、猿、鳥五種動物特長創造五禽戲的傳統。少林拳中的自然仿生、生命仿生動作也強烈地體現了當地淳樸的文化氛圍,透露出“物以自然”。
合成蜘蛛絲
蜘蛛已經成為科學家們關註的焦點,因為它們可以制造幾種非常有用的東西,包括蜘蛛絲,這是世界上最堅固的材料之壹。麻省理工學院化學工程教授保拉·哈蒙德說:“如果妳曾經輕推過蜘蛛網,妳會感覺到它在破裂之前有壹個拖動和拉伸的過程。”“正是通過這種拉伸過程,蜘蛛絲吸收了大量能量,這使它成為世界上最有彈性的材料之壹。”
多少年來,人們壹直幻想著可以用蜘蛛絲做衣服,現在這個幻想正在慢慢變成現實。研究人員首先要了解蜘蛛是如何吐絲的,這也是合成蜘蛛絲的關鍵。蜘蛛絲含有壹種纖維蛋白,這種蛋白質類似於毛發和角中發現的角蛋白。這種蛋白質分泌出來後,變得堅韌。科學家之前並不了解這個過程,所以不可能制造出和蜘蛛絲壹樣強度的纖維。但是美國塔夫茨大學的研究人員最近發現了蜘蛛和蠶產生這種纖維的秘密。令人驚訝的是,整個過程是由含水量控制的。通過仔細平衡水分含量,蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白固化過快。卡普蘭博士已經能夠在實驗室模擬這壹過程。在不久的將來,人造蜘蛛絲將被用於制作衣服或超強繩索。到那時,每個人手裏都可以拿著蜘蛛絲做蜘蛛俠。
蜘蛛毒液可以用作殺蟲劑。
科學家們還希望在蜘蛛的幫助下制造出壹種理想的殺蟲劑。壹種能殺死害蟲但對其他昆蟲、人和動物無毒的殺蟲劑。澳大利亞漏鬥蜘蛛分泌的毒液由超過100種化合物組成,其中幾種化合物被發現只能殺死某些昆蟲。美國康涅狄格大學的科學家格倫·金(Glenn King)說:“這些化合物是從毒液中分離出來的,然後以壹種特殊的方式將它們放入病毒中。這些病毒只對某些昆蟲感興趣,這樣病毒就可以將化合物輸送給害蟲並殺死它們。”如果科學家能在實驗室合成這些化合物,他們就能制造出對環境完全無害的殺蟲劑。
蛇毒制成的洗滌劑
蛇的另壹種毒液將幫助科學家制造更好的清潔劑。美國加州惠特克學院的日本化學家Devon Ibamoto和他的學生從佛羅裏達水蛇的毒液中提取了壹種酶,可以去除衣服上的血跡。人們已經用細菌制造的酶來生產洗滌劑,但用動物酶來生產洗滌劑還是壹個新事物。這種蛇衍生的酶可以打破幹血和衣物纖維之間的粘附。這個研究還在實驗階段,至今沒有公司聽說過在洗潔精中添加蛇毒酶。
貽貝為粘合劑提供了新的思路。
其他動物也可以為人類發明新產品提供很好的材料。例如,貽貝可以緊緊地附著在巖石或水泥樁上。如果妳仔細看,妳可以看到幾十根細小的纖維從貽貝中伸出來。貽貝有壹個叫“足”的器官,可以將每壹根纖維絲附著在固定物體的表面。美國普渡大學的研究人員發現,貽貝粘附物質的形成需要鐵,而這種金屬元素以前從未在生物粘附劑中發現過。大多數生物粘合劑是基於蛋白質的。當加入鐵時,這種類似凝膠的物質變得堅硬。看來鐵是必須的,因為其他能被植物和動物細胞處理的金屬無法產生這種“硬”過程。這壹發現可以幫助科學家生產更好的粘合劑、不銹鋼材料和防汙塗料。
羊奶產生蜘蛛絲
當然,在實驗室制造產品與在工廠大規模生產有很大不同。比如壹個工廠生產蛇酵素洗滌劑,必須先獲取毒液。但是抓蛇,人工飼養或者采集毒液都不容易。因此,科學家們正在實驗室培養能夠產生蛇毒的細胞。蜘蛛絲可能走合成路線,因為蜘蛛不能像蠶壹樣養。如果把兩只蜘蛛放在壹個籠子裏,壹只蜘蛛總會吃掉另壹只。哈蒙德的研究小組開始用聚氨酯合成纖維,現在他們可以生產出既柔軟又有張力的纖維。他們正在研究使用超細顆粒來增強纖維的過程。其他研究人員應用了現代生物技術。
加拿大魁北克壹家生物技術公司的研究人員將生產蜘蛛絲的基因轉移到新西蘭山羊體內。這些山羊每升奶可產蜘蛛絲2-15g。這家公司在美國紐約的Fort prats和魁北克的Saint Telesphore都有養殖基地,希望每年生產5噸蜘蛛絲。
仿生形態是功能形態的壹種形態。仿生形態既具有壹般形態的組織結構和功能要素,又不同於壹般形態。它來自設計師對生物形態和結構的模擬應用,是從大自然中獲得靈感的結果。人類生活在大自然中,與周圍的生物是“鄰居”。這些生物自古以來就吸引著人們去想象和模仿,制作簡單的生產工具,建造家園。比如春秋戰國時期,魯班就“實現”了從鋸齒狀的草葉中鋸出的原理。有些昆蟲的腳的形狀像壹把鉗子,用來抓獵物,在今天的生活和生產工具中也被廣泛使用。?
仿生形態的仿真創造歷史悠久,但作為壹門獨立的學科,卻發生在20世紀60年代以後。美國空軍軍官Maj. J. e. Steele在1958發起仿生學。仿生學研究如何制造具有生物特征的人工系統。模仿是仿生學的基礎。楓樹的果實旋轉而下,借著它翅膀狀的輪廓飛向遠方。受此啟發,出現了陀螺飛翼玩具,也就是目前螺旋槳的雛形。現代飛機的仿生原型來自天上的鳥。?
1?鳥的翅膀功能:升力和驅動力。飛機機翼的作用:升力和驅動力需要發動機裝置。?
2.鳥類中空的骨骼結構減輕了身體的重量,適合在空中飛行。為了減輕飛機機身重量,采用鋁合金、ABS工程塑料等輕質材料。?
3、鳥的自由流暢的外觀可以減少阻力,流線型的飛機模仿鳥的沖刺形狀。?
仿生形態設計是人們在長期向自然學習和積累經驗的過程中,對其功能和形態進行選擇和改進而創造出來的更加優秀和多樣化的形態。因此,人類創造的信息來源都是來自大自然的仿生模擬創造。尤其是在當今的信息時代,人們對產品設計的要求與過去有所不同。他們只註重功能的優秀,卻追求清新簡約,註重返璞歸真,探索個性的自律。倡導仿生設計,讓設計回歸自然狀態,賦予設計形式以生命的象征,是人類精神需求的* * *知識。?
壹、仿生形態是設計創新的源泉?
德國著名設計大師盧吉·科拉尼曾說過:“設計的基礎應該來自於自然中誕生的生命所呈現的真理。”這句話揭示了大自然的秘密,其中蘊含著無盡的設計寶藏。仿生形態創造和設計的條件是擁有正確的認識事物和把握本質規律的方式方法,錘煉自我創新思維能力。二是有紮實的生活基礎,從自然和人類社會的原始條件中尋找設計靈感,包括仿生設計思維的訓練。人們的傳統思維往往局限於現有的方法和制度,思維的觸角伸不到,觸及不到事物的本源。“萬有引力定律”的靈感並不是誕生在實驗室並得出結論的經典理論,而是牛頓從蘋果掉落在蘋果樹下並與太陽系和地球的運動相聯系的事實中得到靈感,從而誕生了這項發明。?
科學研究表明,很多人類不具備的感官特征,在生物界的很多動物身上都存在。比如水母可以感受冰聲波,準確預測風暴;蝙蝠能感覺到超聲波;鷹眼能從三千米高空敏銳地察覺地面上活動的小動物;蛙眼能快速判斷目標的位置、方向和速度,並能選擇最佳的攻擊姿勢和時間。大自然的奧秘是無窮無盡的。我們每發現壹個生物之謎,都有可能成為我們設計的新可能,也有可能帶給我們新的生活方式。從這個意義上說,仿生形態的挖掘是我們創新設計取之不盡的智慧源泉。?
二、仿生形態——設計問題的方程式?
現實中,很多優秀的技術成果需要轉化為產品,設計師往往苦於找不到壹個好的造型用好的發明成果來實現,這往往成為壹個難題。如果把需求看成是提出問題,那麽仿生思維就是在自然界中尋找解決問題的方程。比如超音速飛機飛行時,由於速度快,機翼會發生顫振,阻礙運動,甚至會導致機翼斷裂,飛機被摧毀。這個問題壹度讓設計師絞盡腦汁,最後在機翼前緣放置了加重裝置,有效解決了這個問題。後來人們從動物學上得知,小蜻蜓翅膀前緣上方有壹個深色的角蛋白增厚區——翼痣。翼痣是蜻蜓的顫振消除器。蜻蜓的快速飛行是通過翼痣調節翅膀的振動來實現的。?
自然界萬物的空間形態、結構和特征,都是生命本能地適應生長和進化環境的結果。在仿生形態的學習和研究中,從以下幾個方面探索解決產品設計問題的途徑。
壹、建立生物功能形態學模型,研究仿生形態學的功能,從生物原型中尋找相應的物理原理,通過對生物體的感知,形成對生物體的感性認識。本文從功能出發,研究生物體的結構和形態,以感性認識為基礎,去除無關因素,建立生物模型。對原型進行定性分析,用模型模擬生物結構原理。?
其次,從生物結構出發,研究了仿生造型、比例和功能。運用模型的方法,對生物體進行定量分析,掌握生物體的結構尺度,從具象的形態和結構上探索其特殊功能和運動協調的特點。?
第三,仿生形態直接模仿生物的局部優良功能。比如模仿海豚皮制作的魚雷外殼,減少了前進阻力,艦船采用魚尾推進器可以在低速時獲得更大的推力。但在仿生形態的研究和應用中,很少模仿細節,而是通過對生命系統結構和工作原理的研究,總結出仿生形態的科學規律。?
三、仿生形態——生態設計新概念?
仿生形態包含了非常鮮明的生態設計理念,因為“在幾乎所有的設計中,大自然都給予了人類最強大的信息”(科克尼語)。仿生形態無疑是探索現代生態設計的壹面新旗幟。?
現代社會文明的主體是由人和機器(產品形態)構成的。人類發明機器的目的是讓機器代替人類的體力,解放受強體力勞動壓迫的人類。但是,機器在多大程度上替代了人類的勞動,智能工具的出現使得人類的個體競爭面臨著與機器的絞殺。這些都是人類自身缺乏心理準備。在這種文明造成的生態失衡狀況下,人類開始反思,試圖尋找新的出路。“搭建人與自然、機器的對話平臺”,* * *哲學強烈呼籲建立人與機器、生態自然和人工自然兩種文化結構,重塑科技價值和人類地位。脫離機器工業化中人工形式符號的視覺泛濫,轉而從自然的原始狀態發展設計形式,是當代生態設計的壹種策略和新理念。?
第壹,仿生形態的宜人性可以讓人更接近機器形態。自然界中生物的進化,物種的繁衍,都是在千變萬化的生存環境中有邏輯、有規律的調整和適應。這是因為生物體具備了生長和變異的條件,可以隨時拋棄舊的功能,適應新的功能。人造形態和空間環境的固定功能模式抑制了人與自然類似的自我調節和適應關系。因此,設計應根據人的自然屬性和社會屬性,在生態設計的靈活性和適應性上最大限度地滿足個體需求。?
第二,仿生形態蘊含著生命的活力。生物有機體的形態結構為了保護自己,抵禦變異,形成了壹種力量擴張感,使人感受到壹種自我意識的生命和活力,喚起我們潛在的珍愛生命的意識。在這種美好和諧的氛圍中,人與自然融合、親近,消除了對立者的心理焦慮,使人感到快樂和滿足。?
第三,仿生形態的奇異性豐富了造型設計的形式語言。自然界中眾多的有機生命(動物和植物)豐富的物理結構、多維變化、巧妙的色彩裝飾和圖形組織,以及它們的生活方式、肢體語言、聲音特征和平衡能力,為我們提供了人工形態設計新的設計方法和造美法則。生物體與人交流的感性特征會給我們新的啟示。
地面機械工作時,土壤對其觸土部件的粘附嚴重降低了生產效率,已成為亟待解決的重大技術難題。壹些生物,尤其是土壤動物,經過上億年的進化和優化,具有優異的減粘和解吸附功能。深入研究土壤動物的生理規律和減粘解吸機理,將解決地面機械工作部件的土壤粘附問題。本項目在這方面開展了深入系統的研究工作,取得了以下成果:
1,蜣螂在實驗室成功培養30多天,系統揭示了它的許多形態特征。
2.建立了土壤粘附的模型結構,利用譜分析、分形分析和遺傳算法對土壤粘附問題進行了研究。
3.設計開發的仿生非光滑犁壁可降低耕作阻力15%-18%,節油5.6%-12.6%。以ZG25Mn2和ZG75Mn13鋼為基礎,制備了兩種仿生梯度耐磨表面。所研制的聚合物基復合材料在壹定範圍內(壹般不超過10%)加入增強材料後,抗磨粒磨損性能明顯提高,其脫附減阻性能較傳統觸地材料(鋼)有較大提高。
4.設計開發的仿生非光滑表面推土機,對於含水量為28.3%的黑粘土,比光滑鏟減阻13.1%-32.9%。
5.根據仿生電滲原理,仿生電滲煤鬥有效地解決了粘煤和堵煤的問題。仿生柔性解吸技術應用於運煤車上,有效防止了煤的粘附和凍結。
隨著生產的需要和科技的發展,20世紀50年代以來,人們認識到生物系統是開辟新技術的主要途徑之壹,並有意識地把生物界作為各種技術思想、設計原理和發明的源泉。人們利用化學、物理、數學和技術模型對生物系統進行深入研究,推動了生物學的大發展,使生物體內的功能機制研究取得了快速進展。此時,模擬出來的生物不再是令人著迷的幻想,而是可以做到的事實。生物學家和工程師積極合作,開始利用從生物學中獲得的知識來改進舊的或創造新的工程設備。生物開始步入各行各業技術創新和革命的行列,最早在自動控制、航空、航海等軍事部門取得成功。因此,生物學和工程技術學科相互結合、相互滲透,誕生了壹門新的科學——仿生學。
仿生學作為壹門獨立學科,於1960年9月正式誕生。第壹屆仿生學大會由美國空軍航空管理局在俄亥俄州代頓空軍基地舉行。會議討論的中心議題是“從生物系統分析中獲得的概念能否應用於人工信息處理系統的設計?”斯蒂爾為這門新興科學命名為“仿生學”,希臘語意思代表研究生命系統功能的科學。1963,中國將“仿生學”翻譯為“仿生學”。斯蒂爾將仿生學定義為“模仿生物系統原理構建技術系統,或使人工技術系統具有或類似生物特征的科學”。簡而言之,仿生學是模仿生物的科學。確切地說,仿生學是壹門研究生物系統各種優良特性的綜合性科學,如結構、特性、功能、能量轉換、信息控制等。,並將其應用於技術系統,改進現有的技術工程設備,並創建新的技術系統,如工藝流程、建築配置和自動化設備。從生物學角度看,仿生學屬於“應用生物學”的壹個分支;仿生學從工程技術的角度出發,以對生物系統的研究為基礎,為設計和建造新的技術裝備提供了新的原理、新的方法和新途徑。仿生學的光榮使命是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近生物系統的技術體系,造福人類。
蜘蛛是自然界中最常見的節肢動物之壹。世界上有超過35,000種蜘蛛,包括幽靈蜘蛛、圓形蜘蛛、草蜘蛛、狼蛛和花蜘蛛...從天堂到地下,從陸地到海洋,它隨處可見。大多數蜘蛛會織網。蜘蛛網不僅精巧復雜,而且功能齊全,裝備精良,陷阱百出。有通訊線,報警線,旅遊路線,餐廳,婚房,育嬰房等等,就像壹個神奇的迷宮。蜘蛛和人類關系密切。生活在田間的蜘蛛是保衛農作物的忠實“土壤衛士”:跳蛛在地面巡邏;圓蛛和巢蛛在植物的葉子上結網;水狼蛛擋住了水。無論是天上飛的,地上跑的,水上遊跑的昆蟲,如稻飛虱、葉蟬、螟蟲、蚜蟲、螟蟲、米蟲、蒼蠅、蚊子等。,都逃不出許多蜘蛛布下的重圍。研究蜘蛛行為的奧秘對人類生活、仿生學和高科技都有著重要的現實意義。
蜘蛛捕食和太空航行之謎
蜘蛛織網後,捕捉昆蟲“守株待兔”。這種被動捕獲效率還是挺高的,科學家很不解。後來,耶魯大學的生物學家偶然發現了這個秘密。
在研究某些種類蜘蛛的進化時,他們發現蜘蛛網對紫外線的反射非常強烈。這就是蜘蛛抓昆蟲的奧秘嗎?他們把同壹只蜘蛛織的兩張網放在不同的地方。壹個網被紫外線照射,另壹個網被可見光照射而沒有紫外線。結果發現壹群故意放在室內的果蠅居然飛到了第壹張網。科學家得出結論,果蠅誤以為自己飛上了藍天,是因為第壹張網反射了足夠的紫外線。
更有趣的是,蜘蛛還會隨著自身的進化調整蜘蛛網的光學特性。進化水平低的品種習慣在黑暗中結網,其網具有強烈反射紫外線的特性。進化程度更高的蜘蛛,有的從黑暗的地方搬到了更明亮的地方。這樣,蜘蛛的捕獵就出現了問題。如果還是像過去壹樣讓網反射大量的紫外線,會讓昆蟲覺得前面是壹些障礙物而不是藍天,昆蟲識破蜘蛛的意圖就不會被困住。然而道高壹尺魔高壹丈。對於高度進化的蜘蛛來說,它們實際上可以形成不會反射大量紫外線的網。這種網大部分不反射紫外線,更亮的地方已經存在的紫外線讓昆蟲誤以為還是藍天。奇妙的是,隨著昆蟲種類的不同,蜘蛛在結新網時會調整這些節點的數量和分布。
蜘蛛網的結構也有玄機在裏面,很多人都見過昆蟲在蜘蛛網上拼命掙紮。經過這樣的折騰,蜘蛛網依然沒有斷裂,說明它具有很高的強度和柔韌性,而這些特性從何而來也是壹個謎。
牛津大學的研究人員發現,蜘蛛網是由兩種不同類型的絲線纏繞在壹起構成的。首先,網片是壹根幹燥的線性線,是網片的主幹和支撐。最多只能拉伸20%,然後就斷了。另壹種粘粘的螺旋狀絲線纏繞在線狀絲線旁邊,專門用來抓昆蟲。可以拉伸到原來的4倍,夏天恢復原狀後也不會下垂。在高倍電子顯微鏡下,我們可以看到螺旋狀的絲線上覆蓋著壹層膠狀的液滴。這種液體80%是水,其余是脂肪、氨基酸和糖的混合物。每個液滴中都含有壹根絲線,當被捕獲的昆蟲掙紮著拉長絲線時,液滴中的絲線會膨脹,增加絲線的長度。當抓鉤不再掙紮時,絲球會自動復原。
牛津大學的物理學家唐納德·埃德蒙茲(Donald edmonds)、生物學家弗裏茨·福拉德(Fritz Folard)和倫敦Owen Arup Partners的結構工程師羅蘭·林(Loran Lin)最近用計算機模型進壹步分析了蜘蛛網,揭示了蜘蛛網的結構之謎。
埃德蒙茲說:“如果蜘蛛網不能耗散昆蟲飛入網內的運動能量,昆蟲要麽會砸碎網;或者像蹦床壹樣被彈出網外。使用這個計算機模型後,我們意外地發現,空氣動力阻尼對捕捉這些昆蟲的影響很大,整個網在空中上下浮動,運動能量被耗散。"
為了通過計算機模型來證實他們的發現,三人小組在實驗室重現了模擬實驗。他們使用小口徑槍支將泡沫塑料顆粒射入真實的蜘蛛網,並測量效果。在這個實驗的尺度上,他們發現蜘蛛網周圍的空氣似乎有很強的“粘性”,就像在水中拉繩子的感覺。
他們還測量了蜘蛛網獨特幾何形狀的平衡壓力和張力,發現力分布在整個網表面。他們認為,這種織網的科學原理對於用許多繩子建造類似帳篷的結構具有指導意義和實用性。
不久前,英國利物浦大學的生物化學家從生活在南美洲亞馬遜河河岸的壹種毒蜘蛛中提取了它們的毒液。這種毒藥的奇特之處在於,它並不殺死獵物(昆蟲、鳥類和嚙齒類動物),只是讓中毒的動物長時間沈睡,讓它們長時間有活的食物儲備。
現在,利物浦大學的生物化學家根據這種南美毒蜘蛛的毒液成分合成了壹種無害的催眠物質。他們打算將這種成分用在宇航員身上,讓宇航員在未來漫長而躁動不安的星際航行中休眠,從而延長壽命,從而完成目前僅靠人類生命無法完成的超遠距離航天任務。
蜘蛛絲和多功能化學纖維
蜘蛛腹部後端有六個噴絲頭,與體表三對紡突相通,突起上有1000多個細孔。當織網時,噴射出主要由纖維蛋白組成的粘液。當它遇到空氣時會變成壹根堅韌的線。然後蜘蛛用第四對全足外側的梳毛和末端的爪突進行卷、梳、拉、編,紡成絲用於結網。200克粘液可以被拉成壹根導線,其長度可以繞地球赤道壹圈;1000多根細絲組合成壹股,其直徑只有人發的1/10。蜘蛛絲對人類有很大的用處。古希臘人用蜘蛛絲纏繞傷口止血。中國醫書上記載,蜘蛛絲用於治療金瘡、出血、毒瘡。人們還用蜘蛛絲制作結實而柔軟的手套、帽子、包、襪子等。,精致耐用。蜘蛛絲細至千分之五毫米,被人類用作叉絲,幫助瞄準精密光學儀器的鏡片。受蜘蛛紡錘形過程的啟發,仿生學科學家制造了現代人造纖維的噴絲頭。
根據化學分析,細密堅韌的蜘蛛絲是由蛋白質的氨基酸組成比例決定的。根據這種絲的成分和比例,英國的工匠們正在利用基因工程技術生產蜘蛛絲,從而人工生產出與天然蜘蛛絲壹樣高性能的防彈輕質蜘蛛絲材料。
美國研究人員也對自然界最細的化學纖維感興趣。他們感興趣的是蜘蛛絲獨特的延展性和牢固性,絲的結構和功能,以及壹只蜘蛛可以分泌出六種不同用途的絲(織網絲、上吊用絲、育嬰室用絲、婚房用絲、通訊報警用絲、道路用絲)。