对于设计中的优雅和高效,自然界永远是我们学习的对象。和我们现有的技术相比,大自然在解决一些关键问题时采用的方法常常比我们的更高效,更长久,可自我维持并且一般也更加可靠,更加敏捷,更加轻便。
工程师们希望从大自然的鬼斧神工中寻找启示,于是仿生学应运而生。这门学科拥有悠久的历史,至少在15世纪时就已经出现,当时达芬奇曾解剖鸟类,试图以此为蓝本设计一种“飞行机器”。以下列举一些得益于自然界启示的工程应用实例:
1、翠鸟和新干线
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日本的工程师们成功地制造出了新一代新干线列车,其运行时速超过320公里,但是当列车高速行驶时其产生的噪音超过了环境标准,这是由于列车高速通过狭窄的车道时将产生音爆效应。
这一问题的一部分原因是列车的车头是子弹型,因此它会“推挤”前方的空气而非“切穿”过去。为了解决这个问题,工程师们从翠鸟的嘴巴上得到了灵感,这种鸟类在冲向水中捕鱼时只会溅起很少的水花。
观察发现,翠鸟拥有一个流线形的长长鸟嘴,其直径逐渐增加,以便让水流顺畅向后流动。通过仿生学设计,工程师们对子弹车头进行重新改造,西日本铁路公司制造出了500系列列车,并于1997年投入使用。实践证明这种列车的车速比起原有设计提升了10%,而电力消耗降低了15%,而噪音水平也有了显著下降。