第一次世界大战推动了声呐技术研究。
1915年法国物理学家保罗·郎之万等人,利用电容发射器和炭粒微音器做实验。
到1916年接收到200米远处的舰船甲板的回波。
此后,郎之万用石英换能器取代电容发射器,并采用刚研制出的电子管放大器。
到1918年他们已能收到1500米外的潜艇回波,这是世界上第一个军用声呐。
在英国,由于潜艇遭遇攻击损失严重,迫使英国政府集中力量研制反潜探测设备。
1916年在英国军方支持下,加拿大物理学家罗伯特·玻意耳领导了一个代号为“ASDIC”的反潜研究小组,研制主动式声呐。
工作一直在秘密进行,其成果没有申请专利。
第二次世界大战推动声呐技术研究加速发展。
逐步地,科学家也认识到,在自然界中蝙蝠和海豚,都具有高超的回声定位技能。
蝙蝠利用它的声呐,不仅能在黑暗的天空中导航,也能对它的食物定位。
蝙蝠的声呐可以同时探测几个目标,抗干扰能力也特别强。
即使人为地去干扰它,哪怕干扰噪声比它发出的超声波强一二百倍,蝙蝠声呐仍能有效地工作。
而人造声呐,却很难排除声波折射和水下反响现象的干扰。
海洋哺乳动物海豚的声呐系统也非常奇特。
海豚没有声带,它不是靠嘴发声。
海豚是用肺部呼吸,吸气时要露出呼吸孔,吸足空气后再潜入水中。
空气在气囊系统内循环流动时,便使瓣膜边缘产生振动而发声。
产生的超声波通过头前部的“脂肪瘤”向前发射出去。
研究表明,海豚声呐的精密性和探测距离,都超过现有工程技术中所有的类似装置。
海豚在3000米以外便能发现鱼类,确定它们的位置,区分它们的种类。
蝙蝠、海豚等动物声呐系统结构的小巧、高分辨率和高灵敏度,以及优异的抗干扰能力和稳定性,都引起科研人员的极大兴趣。
而仿生学的研究,在不断促进声呐、雷达等定位仪器的发展和完善。
像是这样的例子还有很多,比如刺果与尼龙扣。
尼龙扣(又称威力扣、粘合带),方便而实用,其发明来源于小刺果的灵感,是仿生技术的范例之一。
1948年,瑞士工程师乔治·德梅斯特拉尔到郊外打猎。
回家注意到裤子上粘了许多小刺果,清理时很麻烦。
这使德梅斯特拉尔产生了兴趣,便用放大镜观察。
他发现刺果表面布满了细小的刺钩,正是这些小东西勾住了裤子面料。
德梅斯特拉尔想,如果在布带子上布置一些类似的小刺钩,使两条这样的带子相对合,用它来代替纽扣、拉链,可能既方便又可靠。
有了想法,德梅斯特拉尔便着手试制。
然而涉及到材料、机械加工,情况比预想的要复杂得多。
经过七八年的努力,到1956年德梅斯特拉尔终于取得成功。
并于1957年在瑞士、英美等国先后申请了专利。
不久,尼龙扣的生产线建立起来,新产品投入市场。
德梅斯特拉尔给他的发明起名“纬格罗”,其名称来自法语Velours(丝绒)和Crochet(钩子)的前3个字母组合。
新发明是由两条等宽的尼龙带组成,一条称作绒带,上面织满绒毛圈。
另一条称作钩带,乍看上去像一行行的环形套。
仔细观察,环形套从一侧断开,长的部分带有一个弯钩,短的部分呈圆弧状。
使用时,将钩带和绒带对合,轻轻一压(称“扣合力”),就联接起来。
而要把它们分开,明显感觉到要用较大的力(称“撕揭力”)。
尼龙扣轻巧易拉,结实耐用,又可以清洗,不会锈蚀,上市后受到普遍欢迎。
以上所说的例子,都是在仿生学明确成为新学科以前。
自20世纪60年代起,随着仿生学的建立,仿生设计进入了新的阶段,由此也掀开发明史的新篇章。
这些都是已经发生的事情,秦军需要的自然是没有出现的技术。
而在这一方面,他能想到的都是重要发明。
比如仿生机器人。
仿生机器人是通过仿生学原理设计和制造的机器人,具有仿生生物的特点。
例如运动、感知、自适应等能力。
仿生机器人可以在工业制造、医疗和救援等领域发挥重要作用。
在这一方面,还可以进行生物材料研究。
仿生学的生物材料研究,可以用来设计和制造高效的材料。
例如仿生减阻涂层、仿生防水材料、仿生防风材料等。
这些材料可以广泛应用于汽车、飞机、船舶、建筑等领域。
甚至可以制造仿生传感器。
仿生学研究了生物感知机理,利用这些原理设计和制造的仿生传感器,具有更高的灵敏度和更广的适应性。
这种传感器可以用于环境监测、医疗诊断、安全监控等领域。
除此之外,还可以进行智能材料研究。
仿生学的智能材料研究,可以用来设计和制造具有智能自适应性的材料。
例如智能变形材料、智能传感材料等。
这些材料可以广泛应用于机器人、汽车、医疗器械等领域。
最后是对生物信息学起到很大促进作用。
生物信息学是一门集生物学、计算机科学和统计学于一体的跨学科领域。
利用仿生学原理研究生物信息和生物大数据。
可以用来研究基因组学、蛋白质组学等方面,为生命科学领域的研究提供了新的工具和方法。
这一方面的科学研究要是做得好,可以说就是仿生学革命。
从历史起源,到机器人未来展望,都可以用到。
大自然与科技的交汇点,就能在仿生学之中发现很多。
从苍蝇复眼到蝴蝶翅膀,仿生学正重塑我们的世界。
比如后世的波士顿动力与费斯托的机器人证明,自然界的生存智慧,正被转化为突破性技术。
而未来服务机器人,将深入日常生活。
大自然与科技,这两个起初看似毫无交集的领域,实则蕴藏着深厚的联系。
自1958年一名美国军人兼科学家斯蒂尔,首次提出结合二者研究的构想以来,仿生学这一新兴学科便逐渐崭露头角。
尽管当时尚未正式命名,但这一理论已为后来的科技革新奠定了坚实基础。
直至1960年9月,仿生学才被正式确立为一门独立的学科。
这个学科,就开始影响着科技的历史进程。
仿生学的历史可追溯至更古老的时期。
相传,在大禹治水时期,人们便已从鱼类的游动中获取灵感,发明了木桨以控制船只的航行方向。
而莱特兄弟在1903年建造的第一架飞机,更是直接借鉴了鸟类的飞行原理。
这些历史实例都彰显了自然生物对科技发展的深远影响。
光场相机模仿苍蝇复眼结构,电子水墨屏受蝴蝶翅膀色彩生成原理启发。
这些创新成为科技领域的突破点。
如今,仿生学已广泛应用于各个科技领域。
例如,光场相机(又称蝇眼照相机)的发明,便深受苍蝇复眼结构的启发。
科学家们通过模拟复眼小眼的蜂窝型结构,成功研制出这种高效的科研工具。
能够一次性拍摄上千张照片,广泛应用于飞机地速指示器和航空照相机等领域。
再如,后世日常生活中所接触的电子水墨屏,其设计灵感正是来源于蝴蝶。
所以仿生学很有发展前景,如果想要在未来的大学之中,建设最强学科,也许就可以增加一个仿生学。