仿生設計，向大自然學習

圖/馬 峰

科普文更生動的秘密

文/寒 石

《夜間飛行的秘密》是一篇標準的科普說明文，從中大家可以學會提問的策略與技巧。其實，我們還可以通過這篇課文來學習一些基本的寫作方法，讓科普文變得更生動。

方 法 運用描述性的開頭

示例：清朗的夜空出現(xiàn)兩個亮點，越來越近，才看清楚是一紅一綠的兩盞燈。作用：描述性的文字把我們帶到文章發(fā)生的時空場景，讓開頭更具吸引力。

方 法 運用曲筆

示例：在漆黑的夜里，飛機是怎么做到安全飛行的呢？……蝙蝠是在夜里飛行的，還能捕捉飛蛾和蚊子；而且無論怎么飛，從來沒見過它跟什么東西相撞，即使一根極細的電線，它也能靈巧地避開。難道它的眼睛特別敏銳，能在漆黑的夜里看清楚所有的東西嗎？

作用：曲筆，就是故意設置疑團，讓讀者去猜測，然后隨著情節(jié)的發(fā)展，再逐一將疑團解開。曲筆的運用，讓科普文顯得波瀾曲折，更容易吸引讀者的注意力。

方 法 運用故事

歐洲美元市場出現(xiàn)后，隨著國際投資的增加，國際貿(mào)易規(guī)模進一步擴大?(見圖3)，貨幣用黃金的數(shù)量日顯不足，美元的黃金基礎越來越不穩(wěn)定。1960年之后，整個國際貨幣體系都在為解決美國的黃金儲備而努力，先后建立了黃金庫并設計出了特別提款權來維持美元和黃金的比價，但是這些努力都沒有消除國際金融市場做空美元的投機行為。這種做空美元的資金流向是從美國往西歐國家的流動，這是典型的貿(mào)易逆差國向順差國的失衡性流動。

示例：為了弄清楚這個問題，兩百多年前，科學家做了一次實驗。在一間屋子里橫七豎八地拉了許多繩子，繩子上系著許多鈴鐺。他們把蝙蝠的眼睛蒙上，讓它在屋子里飛。蝙蝠飛了幾個鐘頭，鈴鐺一個也沒響，那么多的繩子，它一根也沒碰著。

作用：用講故事的方式展示實驗過程，把原本枯燥的實驗過程描述得栩栩如生，讀起來有趣、有味。

真正了不起的是科學家！是他們經(jīng)過反復實驗，找到了蝙蝠夜里飛行的秘密。

高校輔導員的主要工作任務是以學生為中心，為學生服務，而在現(xiàn)代大學生活中，一部分輔導員缺乏對自身職責的準確定位，嚴重背離了輔導員的職責，影響學生的管理工作，更有甚者，對于自己所帶的學生還認不全。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，高校輔導員必須準確定位自身職責，努力做好學生管理工作。

示例：從雷達的熒光屏上，駕駛員能夠清楚地看到前方有沒有障礙物，所以飛機飛行就更安全了。

作用：結尾既回答了文章開頭提出的問題，又對文章做了總結，簡潔又實用。

小學習作是學生學習寫作的基礎，為今后的作文課程的開展做良好的鋪墊，小學生寫作時，由于缺乏寫作的經(jīng)驗，不可避免會出現(xiàn)許多問題，但這些問題都可以通過后期的監(jiān)督和指導慢慢改正，因此，教師不必對學生的習作太過苛求，應該對學生的習作報以欣賞、理解的態(tài)度，認真發(fā)現(xiàn)學生習作中值得發(fā)揚的部分，通過多種方式對學生進行激勵式評價，常見的激勵式評價語言方式如下：

有了人類，便有了仿生設計

文/魏玉保（中科院生物學博士，科普作家）

蝙蝠真是了不起，啟發(fā)科學家給飛機裝上雷達，讓我們都能乘坐飛機安全出行！

方 法 采用呼應開頭的結尾

袁安、李離、上官星雨等三人早早起來，梳洗后，即踏著朝霞，在關關鳥啼中，來到仙跡巖一一拜訪諸圣的碼頭。蘇雨鸞在二十余級石階之上的琴臺撫琴相候，命三人由她春秋冬三季的琴曲里辨別物候，她又命袁安由《陽春白雪》、李離由《聽松》、上官星雨由《平湖秋月》里，分別依律自創(chuàng)一段劍法，三位小友左劈右砍，一文一武，宮商角徵羽，也算有模有樣，雨鸞還特別贊許李離，說他的聽松劍里，有隱隱龍吟，不妨具體而微，更進一步。

像這種從自然界、生物身上獲得靈感，從而進行創(chuàng)造發(fā)明的科學，就是仿生學。

我們一起來看看在仿生學誕生前，人類歷史上幾個比較經(jīng)典的仿生設計。

(5) 方案評價.在方案評價之前需要構建設備模塊配置方案評價體系,包括評價指標擬定、評價指標權重值確定和指標評分值的確定等.在方案評價時，對可能滿足設計需求的多個配置方案進行綜合評價,并將評價結果輸出,作為改進設計或選擇配置方案的依據(jù).

阿基米德的螺旋泵

隨后，達·芬奇制作了模型，也就是飛機的“祖先”——撲翼機。這種撲翼機設計得相當精巧，翅膀的骨架由幾根彎曲的金屬桿組成，通過一套輪子和連桿，使每一根金屬桿都能產(chǎn)生多種彎度，從而模仿鳥的撲翼動作。

夏天的烈日下，尼羅河邊，阿基米德目睹農(nóng)民辛辛苦苦提上來的一桶水，卻只能澆灌腳下的方寸之地。他們只好反反復復地到河邊提水，效率非常低下。阿基米德尋思著該如何解決這一問題。

冥思苦想之際，一只螺殼引起了他的注意。螺殼螺旋形的線條給了阿基米德啟發(fā)：如果做一個大螺旋，把它放在一個圓筒里，搖動手柄讓螺旋轉(zhuǎn)起來，水不就可以沿著螺旋從圓筒下面升到圓筒上面了嗎？

于是，阿基米德畫了設計草圖，請木匠把螺旋做了出來。如他所愿，只要搖動手柄，河水便從低處被抽到了高處，干涸的土地很快就得到了滋潤。這種水泵被后人稱為阿基米德螺旋泵，至今在很多地方依然能看到它的影子。

達·芬奇的撲翼機

提起飛機的發(fā)明者，大家第一時間想到的是萊特兄弟，卻很少有人知道飛機的真正奠基人是500 年前意大利文藝復興時期的“科學大咖”達·芬奇。

為了適應環(huán)境，生物的形態(tài)不斷發(fā)生變化。比如，氣候的變化導致樹越長越高，為了吃到頂端的嫩葉，那些脖子比較長的長頸鹿就存活了下來，并繁衍了更多的后代。

“給我一個支點，我就能撬動地球?！边@句話出自古希臘著名科學家阿基米德，他的杠桿原理深刻影響著世界。不僅如此，他還是仿生設計的先驅(qū)呢。

作為一個模型，撲翼機最終沒能成功上天，但達·芬奇把它寫進了科學論文《論鳥的飛行》，他深信飛行器總有一天會發(fā)明成功并把人類帶上天空。

鋸子的發(fā)明

部編本小學語文二年級上冊《魯班造鋸》一文中寫到，魯班的手指被小草劃破而流出血來，他仔細觀察，發(fā)現(xiàn)小草的葉子邊緣有許多小齒，由此發(fā)明了鋸子。很多人便以為鋸子是魯班根據(jù)小草葉片進行的仿生設計。

為達到熱氮吹硫工藝的要求，對20×104 t/a硫磺回收裝置及尾氣處理系統(tǒng)進行技術改造。在一級反應器進料加熱器入口分別增加1條氮氣管線和1條工廠風管線，同時，在氮氣和工廠風管線上各增加1臺流量計，便于準確控制吹掃氣量。三級硫冷凝器出口管線上增加1條直接去急冷塔的管線，跨過加氫單元，以免鈍化后期含氧過程氣進入加氫反應器床層，對加氫催化劑造成不可逆的影響。急冷塔出口增加1條去尾氣焚燒爐的管線，用于控制克勞斯系統(tǒng)吹硫鈍化壓力。具體改造流程如圖1所示。

生態(tài)文明建設強調(diào)要正確處理經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的關系，節(jié)水增糧行動項目的實施在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的同時也存在一定的資源與環(huán)境狀況惡化風險隱患。因此，對于生態(tài)環(huán)境保護的重視必須貫穿于項目規(guī)劃、設計、建設、管理和維護的全過程，水資源論證作為項目落地的決定性環(huán)節(jié)，更要充分發(fā)揮其促進和約束作用，最大限度降低對生態(tài)環(huán)境的影響。

那么鋸子最早可追溯到什么時期呢？在陜西北劉遺址出土的新石器時代的遺物中，一件由蚌殼制作的蚌鋸，是我國發(fā)現(xiàn)的最早的鋸，距今有5 000 多年的歷史。

2000 多年前，我國先秦古書《韓非子》記載了魯班用竹木做成的鳥“成而飛之，三日不下”；1000 多年前的《三國志》里記載了諸葛亮設計的“木馬流?！薄瓪v史記載中的仿生設計，不勝枚舉。

瞧！仿生學有多樣魔法

文/魏玉保

我大概弄清楚仿生學是怎么回事了。比如，潛水艇的外形模仿了鯊魚，而它上浮下潛的原理模仿了魚鰾。我吸收新知識的能力很強吧？

綜上所述，CABG聯(lián)合MVR治療CAD伴MMI，可顯著改善患者心功能，提高患者生活質(zhì)量。但臨床上應根據(jù)患者實際情況選擇最合適的手術方案，提高臨床療效以及安全性。

哈哈，的確不錯。但是，你看到的都是樹木，還沒看到森林！仿生學可是包羅萬象呢，它包含了形態(tài)仿生、結構仿生、功能仿生、材料仿生、力學仿生等眾多方面的內(nèi)容。說它有魔法可一點都不為過。

形態(tài)仿生：“鳥巢”

達·芬奇對鳥類飛行非常著迷，想象著人類也許可以像鳥一樣飛翔。他不僅敢想，還進行了長期的觀察，發(fā)現(xiàn)了許多有趣的現(xiàn)象：鳥在飛行時運用翅膀和尾巴的方式，類似于游泳者在水中運用雙臂和雙腿；鳥在飛行中采取收縮一邊翅膀長度的方法來調(diào)整方向；鳥在高速飛行時，雙腿收攏以減少阻力，而在慢速飛行或降落時，雙腿垂下以增大阻力并減速。

形態(tài)仿生吸收了進化論的優(yōu)點，在模仿生物形態(tài)的時候，既會考慮美觀，又會考慮實用性。國家體育場——“鳥巢”，就是形態(tài)仿生的代表作?！傍B巢”結構精巧，模仿自然界中鳥巢的多支架結構，采用“鋼枝條”相互搭接、大跨度的曲線結構和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。無論是穩(wěn)固的外形，還是 “綠色”的設計理念，都跟自然界中的鳥巢一脈相承。

20 世紀60 年代末，科學家借助高倍顯微鏡，弄清楚了荷葉表面無塵的內(nèi)在原因。德國科學家在此基礎上做了進一步的研究，發(fā)現(xiàn)荷葉表面的乳突是一種納米結構，能讓水滴在上面滾動并滴落，把表面的灰塵等顆粒帶走，這就是荷葉的疏水性。

形態(tài)仿生，對自然界生物外在形態(tài)的模仿，它是仿生學領域最基本的一項。人類通過觀察自然現(xiàn)象和自然界生物，從它們的外形上獲得靈感，進行模仿，并設計出符合人類審美的物品。形態(tài)仿生在建筑和家居領域運用得比較多。

結構仿生：“大壁虎”

能在墻上爬行的不止有“蜘蛛俠”，還有壁虎。壁虎能夠在墻面或天花板上爬行而不會掉下去，是源于它的腳趾底部有細微的纖毛，這些纖毛具有非常大的吸附力?？茖W家估計，一只壁虎腳趾上的纖毛可以提起100 多千克的重量。受此啟發(fā)，研究人員研發(fā)出類似壁虎腳趾的黏合劑，它可以承受非常大的重量。

運用MRI常規(guī)序列評估新生兒缺氧缺血性腦損傷的預后研究較少，本研究發(fā)現(xiàn)，T1 flair、T2 flair 和SWI圖在短期評價其預后方面作用可以優(yōu)先考慮使用，而中遠期價值仍有待于下一步深入研究。

為了認識壁虎運動的各種生物特性和力學原理，我國南京航空航天大學的科研團隊養(yǎng)殖了許多壁虎，并進行了經(jīng)年累月的觀察、計算，研發(fā)出了可以爬墻的仿生壁虎機器人——“大壁虎”。他們還對鴿子、樹蛙以及10 多種昆蟲翅膀進行了研究，以改進相關材料的結構和特性，不斷改進“大壁虎”的運動協(xié)調(diào)能力、續(xù)航能力等問題，實現(xiàn)了“大壁虎”的90°自由爬行。

事實上，在魯班之前，鋸子早已有之。20 世紀70年代，在陜西周原的遺址，考古工作者發(fā)現(xiàn)了西周中期的6 把青銅鋸和1 把骨鋸。我們知道，魯班是春秋時期的人，這些鋸子的歷史比魯班要早好幾百年。而且這些鋸子制作精良，顯然也不是鋸子的最初形態(tài)。

結構仿生是通過研究生物肌體的構造，建造類似結構的機械裝置，并通過結構相似實現(xiàn)功能相近。如昆蟲仿生是模仿昆蟲獨特的形體結構和運動方式，人體仿生是模仿人體的高度靈活性和功能復雜性等。

材料仿生：聚氨酯泡沫

材料仿生是指模擬生物的各種特點、特性進行各種材料開發(fā)的仿生技術。

無論看不看得見，生物體都呈現(xiàn)出一系列的結構，具有一些獨特的性能，例如荷葉因為表面布滿乳突而具有自我清潔的功能，豬籠草的“嘴唇”具有連續(xù)搬運液體的能力，從而能夠保持“嘴唇”濕滑，讓昆蟲站不穩(wěn)而落入“虎口”?？茖W家經(jīng)過多年努力，對這些有趣現(xiàn)象背后的原理了解得越來越清楚。

除此之外，武漢的馬蹄蓮大廈，迪拜的棕櫚島、水母酒店，印度的蓮花寺都是形態(tài)仿生在建筑領域的佳作。

受到荷葉疏水性的啟發(fā)，中國科學院化學研究所的江雷院士研制出了具有超疏水性的聚氨酯泡沫。它密度低、質(zhì)量輕，并且超疏水，因此能輕松地漂浮在水上。它還具有自清潔功能和油水分離功能，在很多場合都“大有作為”。

力學仿生：悉尼歌劇院

模仿貝殼造型的悉尼歌劇院，是大跨度的薄殼建筑，既是形態(tài)仿生，又是力學仿生。它用最少的建材承受了最大的載荷。

費爾克拉夫的三維模式分為三個維度，描述(description)、解讀(interpretation)和解釋(explanation)。(Fairclough 1995)因此，本研究將分三個階段進行：第一階段文本分析，主要分析新聞語篇的詞匯選擇和及物性；第二階段話語實踐分析，主要分析新聞的報道模式；第三階段社會實踐分析，主要從政治、經(jīng)濟的角度闡釋兩家報紙中嵌入意識形態(tài)的異同以及產(chǎn)生差異的原因。

這些天，我和阿花又跑來了四五筆訂單。每跑來一筆訂單，我們都很興奮，把那事發(fā)揮得淋漓盡致。完事了，阿花說，我還要。嚇得我的腿都軟了。我說有個笑話你沒聽說過嗎，男人喜歡女人說我要，最怕女人說我還要。阿花一逗就樂，笑得彎下了腰，笑夠了用拳頭來捶我，說什么呀，人家還要的是訂單，才不要你呢。于是我提起褲子，穿好西裝領帶，又跟著阿花四處奔波，跑淡水，跑橫崗、觀瀾、公明，還有東莞的長安、鳳崗等地。太陽熱氣騰騰像要把人的汗水烤干似的，那些樹草花木早就烤得服服帖帖了，動都不動一下。我說阿花你把空調(diào)打到最低，大汗淋漓去見客戶，人家肯定說咱倆沒干好事。

一支粉筆，輕輕一掰，很容易就斷了。試著掰一只貝殼，是不是很難掰斷？粉筆和貝殼的主要成分都是碳酸鈣，為什么性能差異這么大呢？科學家研究發(fā)現(xiàn)，粉筆是一種無序的結構，而貝殼是一種有序的微結構。

為確保悉尼歌劇院的10 個大海貝造型不會崩塌，工程人員模仿貝殼的微結構，進行了反復的力學計算，光這項工作就耗費了整整5 年時間，然后用了整整17 年才完成整體工程——那10個大海貝形的尖屋頂，由2 194 塊彎曲的混凝土預制件用鋼纜拉緊拼成，每塊重15.3 噸，外表覆蓋著105萬塊白色的瓷磚。高低不一的尖頂殼，在陽光映照下，遠遠望去，既像豎立著的貝殼，又像兩艘巨型白色帆船，是20 世紀建筑史上的奇跡。

力學仿生，是研究并模仿生物體結構的靜力學性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對運動的動力學性質(zhì)。

功能仿生：義肢

自從1993 年蘇格蘭的生物醫(yī)學工程師們制造出第一只人造機械手臂后，這項技術已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，現(xiàn)在機械手臂甚至可以把感覺重新傳導回患者的神經(jīng)組織。當郎朗和林安露在央視節(jié)目上聯(lián)彈《乘著歌聲的翅膀》時，林安露的義肢在琴鍵上靈活地移動，大家都被震驚了。功能仿生幫助林安露實現(xiàn)了她的音樂夢。

美國麻省理工學院的研究人員開發(fā)出一種用意念就可以控制仿生義肢的技術。這種技術于2016 年首次在人類身上試驗。它重建截肢部位附近的肌肉，并把它們連接起來，使肌肉能夠自如地收縮和伸展。

無論是酯、酸酐還是酰氯，其與有機鋰試劑反應而生成的中間產(chǎn)物是不穩(wěn)定的，在過程中即可分解為酮，所以在產(chǎn)物中常是酮和3°ROH的混合物。

為了解決導流裝置內(nèi)腔不易被陽極氧化和電解著色的問題，根據(jù)其形狀設計了導流裝置快速陽極氧化和電解著色專用裝置，如圖2所示。

功能仿生是使人造的機械能夠部分地實現(xiàn)思維、感知、運動和操作等高級動物功能的仿生技術。它以結構仿生為基礎，在仿生義肢、智能機器人的研究中具有重大意義。

向大自然學習，我們永遠不會有思維枯竭的一天。各類仿生設計都可以在自然界中找到原型，科學家以此不斷地進行優(yōu)化和更新。仿生學涉及數(shù)學、物理、生物、化學、計算機、工程、設計等領域，研究內(nèi)容非常豐富。可可豆們努力學習，打好這些學科知識的基礎，長大后也許就可以進行仿生學領域的研究或產(chǎn)品開發(fā)了。