植物器官中的仿生学案例.docx

1 源于“叶”的灵感1．1叶形的启示 相传春秋战国时代（公元前450-500年）的鲁国工匠鲁班，在上山 伐木途中，手指被茅草划破，他仔细观察发现，原来茅草叶子两边长着锋利的锯齿，于是 受到启发经反复实践，制成人类史上第一架带有锯齿的木工锯1. 2叶脉的启示 浮水植物王莲有“水中花王”之称一个体重35kg的人坐在上 面也不会下沉原来王莲圆形叶片的直径可达1〜2. 5m,背面有许多相互交错的叶脉骨架 结构，里面还有气室使得叶子稳定地浮在水面受叶脉支撑作用的启发，英国著名建筑师 约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一座顶棚跨度很大的展览大厅一“水晶宫”，它既 轻巧、雄伟又经济耐用,不仅成就了1851年的第一届世博会,也为近现代功能主义建筑 构建了雏形1.3叶序的启示 德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和 蜡质凸起物这种粗糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗模仿莲叶的自 净原理，人们开发出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌， 构筑一层疏水层这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷 下“一扫而净”此外，叶面形状也启迪了人们的思维。

椰子树很高，叶片巨大，但每遇 飓风和暴雨也很少被折断研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力据 此，建筑师设计出了结构薄、面积大的楼房顶棚、薄状石棉板等2 源于“茎”的灵感2．1节与节间的启示 禾本科植物竹子，其竹节处有横隔相连，与竹身构成一个整 体，这对中空细长的竹竿的刚度和稳定性，可以协调变形，共同参与抗弯作用，这对于中 空细长的竹竿的刚度和稳定性很有意义受到植物茎节生长的启发，人们发明了“春笋建 筑法”，把每一层墙板从高度上分成三四段预制好，然后用液压顶以lm的行程，反复顶 升，可以很快“长”成设计的建筑又如，自行车车架“空心管”的设计灵感正来自于麦 秆，借鉴其“空心”结构，却支持比它重几倍的麦穗力学原理，制成的自行车既有足够的 强度，又减轻了车身的重量2．2茎形态的启示 云杉生长于高寒湿润之巅，它之所以可以适应山上长年累月的 狂风袭击，达到数百余年的树龄，是因为其树干底部直径显著增大，形成一个圆锥形，这 样既减轻了自重，又加强了稳定性人们模仿云杉对大风的适应性特点，把建造在山顶上 的电视塔设计成类似圆锥体，就能抵抗住大风袭击同样，所有的塔或高烟囱，甚至超高 层建筑几乎无一例外地采用底大顶小的形状。

2．3年轮的启示 木本植物的年轮状结构，是生理系统在温和的条件下无粘结的缓 慢而渐进形成科学家们正在研究开发仿年轮结构的壳聚糖棒材这种材质具有同心筒状 层叠结构，具有较高的力学强度，有望作为骨折处的固定材料3 源于“花”的灵感3．1花序的启示 向日葵又名朝阳花，它的最大特点就是向阳而生，以便吸收到尽 可能多的阳光德国建筑学家从向日葵上获得灵感，建成了一幢能随太阳转动的向日葵旋 转房屋它装有如同雷达一样的红外线跟踪器，只要天一亮，房屋上的马达就开始启动， 使房屋迎着太阳缓慢转动，始终与太阳保持最佳角度，使阳光最大限度地照进屋内夜间 房屋又在不知不觉中慢慢复位这种建筑能够充分利用太阳能，保证房屋的日常供热和用 电因为在房顶上安置了太阳能电池和聚光镜，所以建筑物能将光能储存起来，供阴雨天 和夜晚使用3．2花形的启示 凌霄花，形状似钟，又似喇叭，开口广大，尾部狭长，这个结构 可以更充分地吸收大自然的能量科学家模拟凌霄花的形状制成了微波收集器，阔口窄尾 的微波收集器，灵敏度异常高，可以尽可能搜索到目标微波，并把微波承载的能量、信息 收集起来，根据实际需要，或存储下来当作绿色能源，或将其转换成数字信号，收看视频 节目提供科学研究的样本等。

3．3花色的启示 17世纪英国著名的化学家罗伯特 波义耳发明的“波义耳”试纸 开启了化学中指示剂历史的先河一次偶然的机会，波义耳将盐酸溅到紫罗兰花上，花色 就由紫色变成了红色他便饶有兴趣地取来各种酸做试验，结果发现，各种酸类都能使紫 罗兰变成红色于是，在紫罗兰开花的季节里收集了大量的紫罗兰花瓣，将花瓣泡出浸液 来需要使用的时候，就往被试的溶液里滴进一滴紫罗兰浸液就这样他发明的“指示剂” 诞生了后来为了更方便使用，他用石蕊浸液把纸浸透，再把纸烘干要用时只需将一小 块纸片放进被检验的溶液里，根据纸的颜色变化就能知道这种溶液是呈酸性还是碱性，从 而成为pH试纸的雏形4 源于“果实”的灵感尼龙搭扣的诞生是从果实中受到启发的经典案例它的发明者是瑞士工程师乔治・德 ・梅斯特拉尔20世纪40年代末，他经常带着自己的爱犬到森林中漫步，每次返回时他 都发现裤子和狗身上粘满了苍耳、牛蒡等刺果受到好奇心的驱使，乔治用显微镜观察刺 果，发现无数的小钩子在有毛圈结构的裤料上，不能轻易脱落经过8年的实验，终于发 明了既容易系上又容易解开的尼龙搭扣再如，古代有一种可以阻止骑兵前进的武器叫铁 蒺藜，这种武器的原形就来源于植物中蒺藜科的一种杂草的果实，它的刺非常的坚硬，以 至于如果马蹄踏上都会被刺到，所以有人就把铁作成蒺藜果的形状用以御敌。

5 源于“根”的灵感“钢筋混泥土”的发明源于植物根系的特点法国园艺师约瑟夫・莫尼哀为了解决养 花的大陶盆不结实的问题，他曾先后试用木材和水泥来做花盆，但效果都不理想高二他依然经常为园艺场中水泥制成的蓄水池和花坛被撞坏而烦恼一日，他不慎将花 盆再次撞坏，郁闷至极的前去收拾残花时，他下意识地注意到，土壤虽然松散，却能在植 物交叉延伸的根须四周黏结聚集到一起受此启发，他试着用旧铁丝仿造植物的根系织成 交叉结构，再用水泥、石子浇铸在一起，砌成花坛、水池牢固度大大加强，这也为钢筋混 凝土结构的制作提供了思路注：文章发表于2021 年《生物学教学》第7 期感谢您的阅读，祝您生活愉快。