仿生建筑的结构仿生

在结构仿生方面，先进的工程师们在近几十年来已取得了非凡的成就，他们比建筑师更善于观察自然界的一切生态规律，已应用现代技术创造了一系列崭新的仿生结构体系。从一滴水珠和一个蛋壳看到了其自由抛物线型曲面的张力与薄壁高强的性能；从一片树叶的叶脉发现了其交叉网状的支撑组织肌理，这些对建筑结构的创新设计都是十分有益的启示。

1947—1949年意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利（Nervi　and　Bartoli）设计的意大利都灵展览馆的巨形拱顶就是仿叶脉肌理而建造起来的，混凝土骨架和玻璃格组成的拱顶宽 93.6m，长75m.奈尔维和维特罗西（A.Vitelozzi）于1957年建造的罗马奥运会小体育宫，半圆形弯顶直径60m，内部采用了钢筋混凝土网格的结构系统，就是受葵花的启发，不仅用材经济，受力合理，而且创造了内部装饰新颖的效果。小体育宫的外部则从人类腿骨的受力分析中得到启示，创造了一圈丫形支撑体系，使空间结构与建筑艺术形式的虚实结合达到了完美的统一。1960年奈尔维又建成了罗马奥运会的大体育宫，半圆形弯顶直径达到98.4m，可容纳16000观众，内部采用放射形拱肋的构造形式支撑着上部的混凝土弯顶，顶厚只有6cm.同部看去既象一朵花，也象是密密麻麻的叶脉网，成功地使现代技术与使用功能、装饰艺术达到有机的结合。对比公元120—124年建成的罗马万神庙，半圆形弯顶直径为43.2m，混凝土厚度则为1.2m，这充分说明了建筑技术运用仿生原理所取得的巨大进步。奈尔维既是一位闻名遐迩的结构工程师，也是一位卓越的建筑师，他的创造性在很大程度上就是得益于向自然界学习。

美国结构工程师富勒（Buckminster　 Fuller）是另一位有创造性的人物。他从自然界中的结晶体与蜂窝的棱形结构中获得启示，创造了一系列惊人的大空间结构作品。1958年他在美国巴吞鲁日（Baton　 Rouge，LA）建造的联合油罐车公司的巨大弯顶，直径达115.2m，就是应用晶体结构的原理建造的。1967年富勒和塞道（Fuller　and　 Sadao）一起建造的加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆，是一座球体建筑，在当时展览会上极为引人注目。他很可能是模拟一种深海鱼类的网状骨骼和放射虫的组织结构，创造了立体网架的短线弯窿，高度达60m，直径为76.2m，弯窿外部用塑料敷贴，并可启闭，夜间灯光照亮，通体透明，犹如星球落地。

纽约环球航空公司航站楼不仅是外形仿生的著名作品，而且埃罗。萨里宁还和威廉。加德纳（WilliamGardner）在结构上建造四瓣组合式薄壳，中间有缝隙采光，四瓣薄壳则由下部的丫形柱支撑，这与人的头盖骨的拼合极为相似。航站楼应用这种结构肌理不仅解决了自由曲线造型的难点，而且在结构与形式上又能达到有机的融合，这是值得建筑师们注意的。并不需为了建筑的某种造型就一定要牺牲结构的合理性，相反，有机的结构与新颖的形式可以相互共生。

德国结构工程师奥托（Frei　Otto）于1967 年在加拿大蒙特利尔国际博览会上建造的德国馆，象一群帐篷式的建筑物，这是用网索结构仿蜘蛛网形的支撑体系，上面用塑料面层覆盖，造型非常特殊，它可以有利于作为临时性建筑的装卸。1972年的慕尼黑奥运会的体育场馆也运用了这一结构形式。由于他善于使用这种结构类型，因此也有人称他为“蜘蛛人”。这种蛛网形的网索结构后来还发展为帆布张力结构系统，与帐篷形式更为接近。 其实，建筑师中也不乏在结构上应用仿生的例子，勒。柯布西耶早年大量使用的鸡腿柱和框架悬挑的结构系统无疑是从动物腿骨支撑所得到的启示，1931年他在巴黎附近波依西（Poissy）建造的萨伏伊别墅（Villa　Savoye）就是这种结构系统的体现，至今仍被人们所称颂。

赖特是众所周知的建筑大师，他早年曾攻读过结构专业，因此能在建筑造型与结构体系的融合方面运用自如。1950 年他设计建造的威斯康星州约翰逊制蜡公司试验楼（Helio　Laboratory　and　Researeh　Tower，Racine，Wisc.） 就是仿树状结构特点，把主要支承结构放在建筑中央，四周楼板悬挑，外表形成幕墙，取得了新颖效果。应用同样原理，赖特在1956年还大胆设想了1英里高的摩天楼方案。

在结构仿生方面，最值得称颂的还是后起之秀，年轻的西班牙建筑师圣地亚哥。卡拉特拉瓦（SantiagoCalatrava）。他于1951年出生在西班牙的巴伦西亚，曾在当地的建筑学院建筑学专业毕业，后人瑞士苏黎世大学土木系学习结构工程，毕业后又于 1981年获该校建筑系技术科学博士学位。他的博士论文题是“结构的可折叠性”。毕业后他留居瑞士开业，继续致力于折叠结构与仿生结构的实践，他观察狗的骨架和腿的活动支撑，已作出了许多可喜的成就。他在1983年建造的瑞士卢塞恩市邮局前的大雨蓬就是最早应用活动关节的实践。1986—1987年他在巴塞尔市一座中世纪古建筑的改建中，将咖啡厅上的天花钢梁架做成仿动物骨架的自由曲线，既有着新颖的观赏效果，又能符合受力的特性，是一种大胆的尝试。此后，他在1987年为加拿大多伦多市建造的BCE文化广场大厦，创造性地模仿了树干分叉的生长肌理，设计了两边的支柱与顶栅的弧形肋架，取得了非凡的艺术效果。1991—1992年他在西班牙的塞维利亚1992年国际博览会为科威特设计的展览馆，其屋顶是可自由启闭的结构，模拟着动物关节的自由运动。夜间屋顶肋架敞开，下面平台上便可进行露天的各种活动，它不仅在结构与功能上能够有机结合，而且也给人以无限的遐想。1989—1993年他在为法国里昂塞托拉斯机场（Satolas　Airport）附近的铁路车站设计建造中，完全应用了动物骨架的结构原理，充分发挥了节省材料提高效能的特性，并且造型新颖，令人刮目。此外，他还为1992年巴塞罗纳奥运会设计建造最有标志性的电讯塔，也是吸取了植物干茎自由平衡的形态而获得新颖构思的。

从萤火虫到人工冷光

自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了.但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼.那么,有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然.

在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”.

在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类.萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同.萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高.因此,生物光是一种人类理想的光.

科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部.这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成.发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质.在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光.萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程.

早在40年代,人们根据对萤火虫的研究,创造了日光灯,使人类的照明光源发生了很大变化.近年来,科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素,后来又分离出了荧光酶,接着,又用化学方法人工合成了荧光素.由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯.由于这种光没有电源,不会产生磁场,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作.

现在,人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为安全照明用.

食物链

生态系统中贮存于有机物中的化学能,通过一系列吃与被吃的关系,把生物与生物紧密地联系起来,这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列,称为食物链.按照生物与生物之间的关系可将食物链分为捕食食物链、碎食食物链、寄生性食物链和腐食性食物链.

参考资料：

动物在亿万年的漫长进化过程中,逐步形成了各种奇异的构造,特殊的功能和有趣的习性.人们通过长期的观察和研究,从动物身上得到许许多多极其宝贵的启示.人类按照动物的体型结构和特殊功能,创造发明了性能优异的新型机械系统、仪器设备、建筑结构和工艺流程,这就是仿生学. 古人看到鱼儿在水中自由地游来游去,是多么羡慕鱼的本领啊!后来模仿鱼的体形做成船体,仿照鱼的胸鳍和尾鳍,制成双桨和单橹,从此人类就能在水上自由行动了.从鸟的飞行原理,制造了飞机,在蔚蓝色的天空中飞翔,实现了人类梦寐以求的飞上天空的愿望. 通过研究狗的鼻子,人类模仿制成了小型、快速、灵敏的自动分析仪——“电子鼻”,可以用于化学、食品工业,也可以用于分析矿井、仓库、潜艇和宇宙飞船座舱里的气体成分,还可以用于探矿和作输气管道的检漏.现在还研究成功了“电子警犬”,可以用来测定毒气,检测染料、漆、酸、氨、苯、瓦斯及新鲜苹果和香蕉的气味,可以测定气体一千万分之一的浓度,其灵敏度已达到了狗鼻的水平,还可以用作侦缉工作. 通过研究鱼的呼吸器官——鳃,人类模仿鱼鳃的结构,用两层硅橡胶薄膜做成了具有鳃的功能的半透明膜,可以作为人在水中呼吸使用的“人工鳃”.人类还根据鳄鱼排盐的机理,制成了高效的“淡化器”,可以用于提取或浓集某些分散状态的元素…… 苍蝇的眼睛是六千至八千只小眼组成的,叫复眼.人类模仿苍蝇的眼睛,制成了“复眼照相机”.在人造卫星上装上这种照相机,一次能拍下一千三百二十九张不同的照片,可用于复制电子计算机的特别精细的显微线路.如果用这种照相机进行邮票印刷的制版工作,在一块板上印二十五张邮票,一次拍照就可以制成一块版.而用普通照相机,则要一张一张地拍二十五次. 人类研究了卵生动物的卵壳,薄而坚固,耐压力强.模仿卵壳的外形特点,创造了“薄壳结构”,省料耐压,广泛应用在建筑工程上. 人类通过研究萤火虫等生物发光,正在进一步造出新型的高效人工冷光源.如果能创造出一种象生物放光的物质一样,涂在室内墙壁上,白天能接受光照,贮存能量,夜晚就自然地发出光亮来,那该是多好啊! 可见,研究动物的特点,有助于开阔眼界,解放思想,大胆想象,勇于实践,从而设计出各种各样的工程机械蓝图,创制出更加精致、更加完善的现代技术装置.

从蝙蝠那发明了雷达

从鱼那了解了流线体

从响尾蛇那发明了热追踪

回答者： 100dubaichi - 见习魔法师 二级 3-16 20:01

蝙蝠---------------声纳和雷达,还有蝙蝠衫!

鱼类的尾鳍---------船舵

鱼类的胸鳍---------船桨

蜘蛛网-------------鱼网和新型纤维

动物的巢穴---------房屋

食肉动物捕猎-------狩猎术

鲨鱼---------------“鲨鱼皮”连体游泳衣

鸟类---------------滑翔机和飞机

动物的伪装色-------迷彩服

乌龟---------------坦克和龟息等气功吐纳养生手段

动物的蹼-----------潜水装备中的蹼脚

猪-----------------防毒面具

蛙类---------------蛙泳

蝴蝶---------------蝶泳和时装

狗-----------------狗刨

蜻蜓--------------直升飞机

蛇、猴、鹰等-------蛇拳、猴拳、鹰爪拳等拳术武功

各类动物-----------丰富了人类的词汇,特别是形容词

各类动物-----------编制用于预测气象的农谚、预测地震等灾 害、检测环境污染

各类动物-----------催生仿生学的诞生

---------还有很多很多!

复眼照相机——苍蝇的眼睛

苍蝇 气味探测器

蜻蜓-飞机；

顺风耳-电话

青蛙 快速扫描系统

螳螂—镰刀

鸡蛋-建筑物

1.由令人讨厌的苍蝇,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪.已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分.

2.从萤火虫到人工冷光；

3.电鱼与伏特电池；

4.水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义.

5.人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼.这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体.把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高.这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等.特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真.

电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上.在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报.在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生.

6.根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”.这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等.如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成.

7.模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气.

8.根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机.

9.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子.

10.屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲.

11.船桨模仿的是鱼的鳍.

12.锯子学的是螳螂臂,或锯齿草.

13.苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣.

14.嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路.

15.壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景.

16.贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上.

大乌龟背小乌龟：转动炮塔的坦克. 鸟在天空飞翔：制造了各种飞行器. 蜜蜂造巢窝：各种正六边形的蜂巢结构板材. 每只蜻蜓的翅膀末端,都有一块比周围略重一些的厚斑点,这就是防止翅膀颤抖的关键.飞机设计师研究苍蝇、蚊子、蜜蜂等的飞行方法,造出了许多具有各种优良性能的新式飞机 蝙蝠----声纳和雷达鱼类的尾鳍----船舵 鱼类的胸鳍----船桨 蜘蛛网------鱼网和新型纤维 动物的巢穴---房屋 食肉动物捕 狩猎术 鲨鱼----“鲨鱼皮”连体游泳衣 鸟类----滑翔机和飞机 动物的伪装色---迷彩服 乌龟-----坦克和龟息等气功吐纳养生手段 动物的蹼---潜水装备中的蹼脚 猪----防毒面具 蛙类-----蛙泳 蝴蝶----蝶泳蜻蜓----直升飞机

1.从令人讨厌的苍蝇身上,仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪.已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分.

2.从萤火虫到人工冷光；

3.电鱼与伏特电池；

4.水母的顺风耳,仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,能提前15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义.

5.人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼.这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体.把电子蛙眼装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高.这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等.特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真.

电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上.在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报.在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生.

6.根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”.这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等.如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成.

7.模拟蓝藻的不完全光合器,将设计出仿生光解水的装置,从而可获得大量的氢气.

8.根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究,已仿制了人力增强器——步行机.

9.现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子.

10.屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲.

11.船桨模仿的是鸭的蹼.

12.锯子学的是螳螂臂,或锯齿草.

13.苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣.

14.嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路.

15.壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景.

16.贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固,这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上.

17.树叶的排列和悉尼大剧院的建设.

18.潜水艇和鱼的沉浮.

19.响尾蛇能感知附近动物的体温而准确捕获猎物和红外制导空对空响尾蛇导弹.

20.人们根据章鱼发明烟雾弹.

21.根据蛋壳发现拱形的承受力量.

22.飞机飞行时产生的剧烈抖动是根据蜻蜓改善的.

23.变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片.

24.防水衣服是仿荷叶造的.

25.鼠标是仿老鼠的.

26.从长颈鹿将血液通过长长的颈从到头部中得到启示,设计出特殊的器械,使宇航员在失重状态下,体内的血液也能正常输送到离心脏较远的下肢

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