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新聞快訊

仿生學
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paul0938803 - SBIR專欄 | 2016-01-01 01:34:24
 
  • 仿生學是人類利用大自然所啟發的最佳靈感來創新技術或設計產品,不過其產品不一定是綠色環保或天然的。仿生學所帶來的生活挑戰從能源到材料的模仿與創新,目的就是為了使生活便利。例如機翼模仿鳥類翅膀的結構與起飛與下降原理;義肢模仿人類骨骼與肌腱、關節間的附著、彎曲與運動等功能;手機機殼(mobile phone shell)模仿蝴蝶翅膀光子晶體(photonic crystals)的彩蝶效應(the butterfly effect);壁虎膠帶(gecko tape)模仿壁虎腳底剛毛(seta)的不需黏膠還可重複使用並且容易撕開的壁虎效應;人工淚液(artificial tears)--多功能溶液模仿人類眼睛產生的淚液能清潔、滋潤並抗菌的天然溶液;自潔材料(self-cleaning material)模仿蓮葉的超疏水性與自潔功效的蓮葉效應(lotus effect);智慧型衣服(smart clothing)內的導頻調節器(pilot regulator)模仿松樹毬果(pinecone)於極端天氣時能幫助調節體內的溫度。

  • 建築設計也可應用仿生學使設計熵(entropy)更低,使建築物變得更簡單有序而環保,甚至成為綠建築。誠如Albert Einstein所言“Look deep into nature, and then you will understand everything better.”「深入研究大自然,你將明白一切會更美好。」2012年You The Designer選出全球十大仿生建築設計:臺北101大樓仿生竹子的節節高升、柔韌有餘的結構,採用雙層隔熱玻璃帷幕牆、垃圾運送及減量系統、中水系統、能源管理和樓宇管理控制系統,並於2009年獲得美國環保署LEED-EBOM(Leadership in Energy and Environmental Design - Existing Building Operation and Maintenance )的白金認證,成為全球最高的綠建築。2008年奧運會會場北京國家體育場--俗稱鳥巢,因仿生鳥巢設計而聞名,採用先進的鋼鐵建築技術以自然採光達到節能減碳的環保目的。(臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師)

  • https://www.youtube.com/watch?v=47V1oIsoimg

https://www.youtube.com/watch?v=47V1oIsoimg

  • 仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理,並把它模式化,然後應用這些原理去設計和製造新的技術設備。

  • 仿生學的主要研究方法就是提出模型,進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段:

  • 首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題,將研究所得的生物資料予以簡化,吸收對技術要求有益的內容,取消與生產技術要求無關的因素,得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析,並使其內在的聯繫抽象化,用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型;最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中,不僅僅是簡單的仿生,更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重複,才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果,使最終建成的機器設備將與生物原型不同,在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力,電子計算機在複雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。

  • 仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點,就是整體性。從仿生學的整體來看,它把生物看成是一個能與內外環境進行聯繫和控制的複雜系統。它的任務就是研究複雜系統內各部分之間的相互關係以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特徵就是生物的自我更新和自我複製,它們與外界的聯繫是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量,才能進行生長和繁殖;生物從環境中接受信息,不斷地調整和綜合,才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一,局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關係,即著重於數量關係的統一性,才能進行模擬。為達到此目的,採用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此,仿生學的研究方法必須著重於整體。

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