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Después de innumerables imitaciones fallidas del vuelo de los pájaros, la gente finalmente descubrió la razón por la que los pájaros pueden volar: las alas de los pájaros son planas y curvas, y el flujo de aire sobre ellos cuando vuelan. Es más rápido que el flujo de aire que se encuentra debajo, lo que genera una mayor presión debajo, por lo que las alas producen una elevación vertical hacia arriba. Cuanto más rápido vueles, mayor será la sustentación.
En 1852, el francés Giffard inventó la nave espacial con globos; en 1870, el alemán Otto Lilienthal construyó el primer planeador. A finales del siglo XIX, Lilienthal era un hombre intrépido y aventurero. Observó a las cigüeñas de su Pomerania natal volar sobre su tejado con alas torpes y se convenció de que los humanos también podían volar. En 1891, comenzó a desarrollar un monoplaneador con alas de murciélago de nervaduras curvas y también realizó personalmente vuelos de prueba. Durante los cinco años siguientes realizó más de 2.000 vuelos en planeador y realizó estudios comparativos con aves, aportando valiosa información. Está demostrado que la distancia que pasa el flujo de aire a través de la superficie curva superior del ala es mayor que la distancia que pasa el flujo de aire a través del plano inferior del ala, por lo que es más rápido, asegurando así la convergencia del flujo de aire en el borde de salida del ala. el ala. Debido a que el flujo de aire superior viaja más rápido y es más delgado, genera una fuerte fuerza de succión, que representa aproximadamente dos tercios de la sustentación del ala; el resto de la sustentación proviene de la presión del flujo de aire debajo del ala;
A finales del 19, la aparición del motor de combustión interna dio al ser humano lo que siempre había soñado: alas. No hace falta decir que estas alas son torpes, primitivas y poco confiables, pero son estas alas las que permiten a los humanos volar con los pájaros en el viento.
Los hermanos Wright inventaron el avión real. Durante el proceso de diseño y fabricación de aviones, siempre les ha preocupado cómo hacer que el avión gire y cómo estabilizarlo. Para ello, los hermanos Wright también estudiaron el vuelo de los pájaros. Por ejemplo, estudiaron cómo dejar caer un ala y mantener el equilibrio girando el ala caída; ¿cómo mantiene al pez estable y equilibrado el aumento de presión sobre esta ala? Los dos equiparon su planeador con alerones en las puntas de las alas para realizar estos experimentos, que eran controlados con cuerdas por personas en el suelo para hacerlo girar o doblarse. Su segundo experimento exitoso fue controlar la dirección del avión manipulando un timón giratorio en la parte trasera del avión, usando el timón para girar el avión hacia la izquierda o hacia la derecha.
Más tarde, con el continuo desarrollo de los aviones, poco a poco fueron perdiendo su aspecto voluminoso y feo original y se volvieron más simples y prácticos. Tanto el fuselaje como las alas curvas individuales muestran líneas naturales, como conchas, peces y piedras bañadas por las olas. Los aviones se han vuelto más eficientes y pueden volar más rápido y más alto que antes. La ciencia moderna está muy desarrollada, pero el medio ambiente está destruido, la ecología está desequilibrada y la energía se agota. Los seres humanos son conscientes de la gran urgencia de recomprender la naturaleza y explorar un estilo de vida más armonioso con ella. También son conscientes de la importancia del diseño biónico para el desarrollo futuro de la humanidad. Precisamente en otoño de 1996 se celebró en Ohio (EE.UU.) el primer simposio sobre biónica, que se convirtió en la fecha oficial del nacimiento de la biónica.
Desde entonces, la tecnología biónica ha avanzado mucho y ha sido ampliamente utilizada. El diseño biónico también se ha desarrollado a pasos agigantados, surgiendo un gran número de trabajos de diseño biónico, como robots inteligentes, radares, sonares, órganos artificiales, controladores automáticos y navegadores automáticos.
En los tiempos modernos, los científicos han desarrollado ojos de rana electrónicos basados en la estructura especial de los ojos de rana, que se utilizan para monitorear el despegue y aterrizaje de aviones y rastrear satélites. Un tren de alta velocidad diseñado para imitar la forma de la cabeza de un pato basándose en principios aerodinámicos; un señuelo electrónico para peces que imita el sonido de ciertos peces a los que les gusta atraer peces mediante la investigación de los principios de luminiscencia de las luciérnagas y las moscas marinas, un método; de convertir la energía química en Como nuevo método de energía luminosa, se desarrollaron lámparas fluorescentes químicas, etc.
En la actualidad, el diseño biónico imita el tamaño geométrico y la forma de los seres vivos, y también estudia varias características excelentes como la estructura, función, conversión de energía y transmisión de información de los sistemas biológicos, y lo aplica a sistemas técnicos. mejorar los equipos de ingeniería existentes para crear sistemas técnicos como nuevos procesos, dispositivos de automatización y componentes técnicos especiales. Al mismo tiempo, el diseño biónico proporciona principios, ideas de diseño o planos de planificación para la creación de nuevos equipos tecnológicos, estructuras arquitectónicas y nuevas tecnologías. También proporciona una nueva dirección para el desarrollo del diseño moderno y sirve como "vínculo" entre los seres humanos. sociedad y naturaleza.
La exploración del cerebro humano puede predecir que los futuros ordenadores electrónicos podrán tener funciones basadas en principios biológicos. Por el contrario, los ordenadores electrónicos actuales sólo pueden utilizarse como ábacos.
La investigación sobre la fotosíntesis de las plantas proporcionará una nueva forma de desarrollo médico para prolongar la vida humana y tratar enfermedades.
La investigación sobre la estructura y forma de los organismos vivos puede cambiar la apariencia de futuros edificios y productos. Permite a las personas regresar a la "naturaleza" desde el entorno físico artificial de la "ciudad".
El albatros es un ave marina que tiene un órgano que desaliniza el agua de mar: un "desalinizador". La investigación sobre la estructura y los principios de funcionamiento de sus "desalinizadores" podría inspirar esfuerzos para mejorar los antiguos dispositivos de desalinización o crear nuevos.
Las termitas pueden convertir la madera consumida en grasa y proteínas. El estudio de su mecanismo inspirará la síntesis artificial de estas sustancias.
Al mismo tiempo, el diseño biónico también puede tener un enorme impacto en la vida y la salud humana. Por ejemplo, las personas pueden diseñar y fabricar órganos artificiales como vasos sanguíneos, riñones, periostio, articulaciones, esófago, tráquea, uretra, corazón, hígado, sangre, útero, pulmones, páncreas, ojos, oídos, células artificiales, etc. mediante sistemas biónicos. tecnología. Los expertos predicen que hacia mediados o finales de este siglo, todos los órganos humanos, excepto el cerebro, serán reemplazados por órganos artificiales. Por ejemplo, la sangre artificial de hidrocarburos líquidos puede simular la función de la sangre, producir y transferir nutrientes y desechos, y combinarse y separarse automáticamente con oxígeno y dióxido de carbono para simular la función renal; se utiliza una membrana antirreflectante de fibra porosa; hacer un filtro de sangre, es decir, un riñón artificial. El hígado simulado desintoxica el hígado artificial adsorbiendo y filtrando sustancias tóxicas a través de carbón activado o resina de intercambio iónico; el circulador automático del corazón artificial está compuesto de sangre y un dispositivo de conducción unidireccional para simular la función cardíaca.
Con el desarrollo y comprensión del universo, las personas no sólo conocerán nuevas formas de vida en el universo, sino que también les proporcionarán nuevos diseños y crearán nuevos dispositivos sin precedentes en la tierra...
Características y contenido de la investigación del diseño biónico
El diseño biónico es una disciplina de vanguardia que combina biónica y diseño. Su alcance de investigación es amplio y su contenido de investigación es rico y colorido. Especialmente porque la biónica y el diseño involucran muchas disciplinas de las ciencias naturales y sociales, el contenido de investigación del diseño biónico es difícil de dividir. Aquí clasificamos los sistemas biológicos simulados según sus diferentes aplicaciones en diseño. En resumen, el contenido de la investigación del diseño biónico incluye principalmente:
1. El diseño biónico morfológico estudia organismos (incluidos animales, plantas, microorganismos y humanos) y sustancias naturales (como el sol, la luna, el viento y las nubes). , Montañas, ríos, truenos, relámpagos, etc.) forma externa y significado simbólico. ), y cómo aplicarlos al diseño mediante los correspondientes tratamientos artísticos.
2. El diseño biónico funcional estudia principalmente los principios funcionales de objetos y sustancias naturales, y utiliza estos principios para mejorar sistemas técnicos existentes o construir nuevos para promover actualizaciones de productos o el desarrollo de nuevos productos.
3. El diseño biónico visual estudia el reconocimiento de imágenes por los órganos visuales de los objetos, el análisis y procesamiento de señales visuales y los procesos visuales correspondientes. Es ampliamente utilizado en el diseño de productos, diseño de comunicación visual y; diseño ambiental.
4. El diseño biónico estructural se centra principalmente en la aplicación de principios estructurales internos de objetos y sustancias naturales en el diseño, y es adecuado para el diseño de productos y el diseño arquitectónico. Los más estudiados son los tallos y hojas de las plantas y la estructura de los cuerpos, músculos y huesos de los animales.
Desde la perspectiva del desarrollo del diseño biónico en el país y en el extranjero, el diseño biónico morfológico y el diseño biónico funcional son puntos de investigación actuales. Este artículo también se centrará en algunas situaciones de diseño biónico morfológico y biónico funcional.
Como tema interdisciplinario emergente, el diseño biónico tiene ciertas características del diseño y la biónica, pero es diferente de estas dos disciplinas. En concreto, el diseño biónico tiene las siguientes características:
1. Carácter artístico y científico
El diseño biónico es una rama y complemento del diseño moderno. Al igual que otras disciplinas del diseño, el diseño biónico también tiene sus características únicas: el arte. Dado que el diseño biónico se basa en ciertos principios de diseño y ciertas teorías biónicas y resultados de investigación, es muy riguroso y científico.
2. Comercialidad
El diseño biónico sirve a diseñadores y consumidores. Los excelentes trabajos de diseño biónico también pueden estimular el consumo, guiar el consumo y crear consumo.
3. Reversibilidad infinita
Los trabajos de diseño biónico basados en la teoría del diseño biónico pueden encontrar prototipos de diseño en la naturaleza y diversos problemas encontrados en el proceso de diseño, producción y ventas pueden promover la investigación. y desarrollo del diseño biónico. Los objetos de investigación de la biónica son ilimitados y los objetos de investigación del diseño biónico también son ilimitados. Asimismo, los prototipos de diseños biónicos son ilimitados. Mientras nos concentremos en estudiar la naturaleza, nunca nos quedaremos sin recursos.
4. Conocimiento integral de la materia
Para familiarizarse y utilizar el diseño biónico, es necesario tener matemáticas, biología, electrónica, física, cibernética, teoría de la información y ergonomía, psicología, materiales. ciencias, mecánica, dinámica, ingeniería, economía, ciencia del color, estética, comunicación, ética y otras disciplinas afines.
5. El carácter interdisciplinar de la asignatura
Para estudiar y comprender en profundidad el diseño biónico no sólo debemos comprender los conocimientos básicos de biología y ciencias sociales, sino también entender los conceptos básicos. de la biología y las ciencias sociales sobre la base de la ciencia del diseño. Existe una comprensión clara de los resultados de la investigación actual en biónica. Es un tema interdisciplinario emergente derivado de la intersección de varias disciplinas.
5. Métodos de investigación del diseño biónico
El método de investigación del diseño biónico es principalmente el "análisis de modelos";
1. Crear modelos biológicos y modelos técnicos<. /p>
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Primero, seleccione el objeto de investigación de la naturaleza, luego construya varios modelos físicos o modelos virtuales basados en este objeto y estúdielo a través de diversos medios técnicos (incluidos materiales, procesos, computadoras, etc.) ). ) Elaborar una base matemática cuantitativa a través del análisis cualitativo y cuantitativo de organismos y modelos, transformar la morfología y estructura de los organismos en funciones abstractas que puedan usarse en el campo técnico, y considerar diferentes materiales y medios técnicos para crear nuevas formas y estructuras.
(1) Partiendo de la función, estudiar la estructura y forma de los objetos-realizar modelos biológicos.
Encontrar los principios biológicos del objeto de investigación y formar una comprensión perceptiva del organismo a través de la percepción del organismo. Este artículo parte de la función, estudia la estructura y forma de los organismos y, basándose en el conocimiento perceptivo, elimina factores irrelevantes, los simplifica y propone un modelo biológico. Realizar análisis cualitativos de prototipos biológicos y utilizar modelos para simular principios estructurales biológicos. El propósito es estudiar los principios estructurales del objeto mismo.
(2) A partir de la forma estructural, realice el modelo de tecnología de fabricación de funciones abstractas.
A partir del análisis de organismos, se establece una base matemática cuantitativa y se utilizan diversos medios técnicos (incluidos materiales, procesos, etc.) para crear un modelo técnico que se puede probar en productos. Captar firmemente la escala de cantidad y los principios funcionales abstractos a partir de estructuras morfológicas específicas. El objetivo es investigar y desarrollar el modelo tecnológico en sí.
2. Análisis e investigación de viabilidad
Después de establecer el modelo, comenzamos a analizar y estudiar su viabilidad:
①Análisis funcional
Encuentre los principios biológicos del objeto de investigación y forme una comprensión perceptiva del organismo a través de la percepción del organismo. Análisis cualitativo de prototipos biológicos desde una perspectiva funcional.
②Análisis de morfología externa
El análisis de morfología externa de los organismos puede ser abstracto o concreto. Durante este proceso, las consideraciones clave son la ergonomía, las imágenes, los materiales y las técnicas de procesamiento.
③Análisis del color
A la vez que analizamos el color, también debemos analizar el entorno de vida del organismo y estudiar por qué es de este color. ¿Qué papel juega este color en este ambiente?
④Análisis de la estructura interna
Estudia la estructura y la forma de los seres vivos, elimina los factores irrelevantes y los simplifica basándose en el conocimiento perceptivo, y descubre a través del análisis qué vale la pena aprender y aplicar en el mundo. diseño.
⑤ Análisis de patrones de movimiento
Utilice medios de alta tecnología existentes para estudiar los patrones de movimiento de los organismos, descubrir sus principios de movimiento y resolver problemas en proyectos de diseño.
Por supuesto, también podemos realizar diversos análisis de viabilidad sobre otros aspectos de la biología.