仿生思維訓(xùn)練法的介紹
思維導(dǎo)圖充分運(yùn)用左右腦的機(jī)能，利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律，協(xié)助人們?cè)诳茖W(xué)與藝術(shù)、邏輯與想象之間平衡發(fā)展，從而開啟人類大腦的無(wú)限潛能。你聽過(guò)仿生思維訓(xùn)練法嗎？下面就讓學(xué)習(xí)啦小編為大家介紹一下關(guān)于仿生思維訓(xùn)練法的介紹和音樂，歡迎大家參考和學(xué)習(xí)。
仿生思維思考題訓(xùn)練
A向B借10美元，B向C借20美元，C向D借30美元，D又向A借40美元。在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)中四人共聚一堂。這時(shí)，四人決議將錢還清。他們想在移動(dòng)金錢最少的情況下結(jié)清賬，請(qǐng)問(wèn)他們應(yīng)如何解決這筆賬?
仿生思維的原理
為了生存與發(fā)展，人類一開始就有仿生思維活動(dòng)和仿生的行為要求，廣泛模仿有關(guān)生物的形狀、結(jié)構(gòu)、功能等，用于制造先進(jìn)工具。仿生的思想古已有之，然而仿生學(xué)卻只是20世紀(jì)60年代才正式成為一門邊緣科學(xué)的。仿生、借鑒、模擬、創(chuàng)造，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展上占有重要位置。嬰兒就常常模仿身邊家禽、家畜的動(dòng)作，雞鳴、狗叫、鳥飛、兔跳、猴戲、馬跑是兒童經(jīng)常模仿的對(duì)象，周圍的許多動(dòng)物都能對(duì)兒童產(chǎn)生示范效應(yīng)。仿生、模擬往往是創(chuàng)造性思維的開始。
人類向生物界學(xué)習(xí)借鑒了不少東西，蝙蝠由喉頭發(fā)射聲波，用聽覺代替視覺，超聲波遇到障礙反射回來(lái)，由聽覺吸收能避開前進(jìn)障礙，即使在黑暗中也能任意飛行，這種雷達(dá)式的特異功能的秘密被揭開以后，人們就模仿生物功能制造了聲納雷達(dá)，用以定向和測(cè)距，被廣泛用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防事業(yè)中，現(xiàn)在又模仿蝙蝠定位的原理，制造了幫助盲人探路的聲納眼睛。蝙蝠的飛行本是司空見慣的現(xiàn)象，而意大利科學(xué)家、現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的奠基者之一的斯帕蘭查尼，卻獨(dú)具慧眼，不迷信權(quán)威，推倒了居維對(duì)蝙蝠飛行出現(xiàn)的錯(cuò)誤解釋，使模仿性與科學(xué)性、理論性與實(shí)用性達(dá)到了和諧的統(tǒng)一，對(duì)人類文明作出了貢獻(xiàn)。
在早先研究潛艇的速度時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)潛艇的速度總難提高。由此人們想到了游得極快的海豚，究竟是什么原因使海豚有那么高的游泳速度呢?經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其關(guān)鍵之一在于皮膚的特殊結(jié)構(gòu)，于是他們制造了類似海豚皮的潛艇，便很快提高了潛艇的速度。人們沿著對(duì)生物功能的研究，在仿生思維指導(dǎo)下，已經(jīng)生產(chǎn)各種仿生技術(shù)裝置。狗具有比人靈敏100萬(wàn)倍的嗅覺，能感覺出200萬(wàn)種物質(zhì)的不同濃度的氣味，人類利用不同氣體對(duì)紫外線吸收程度的不同特點(diǎn)，制造了嗅覺靈敏的電子鼻、電子警犬。根據(jù)響尾蛇的熱定位原理，制造了響尾蛇導(dǎo)彈。即使小小的昆蟲也有仿生的實(shí)用價(jià)值，模仿昆蟲的楫翅制造了陀螺儀;模仿翅痣消除了飛機(jī)的劇烈振動(dòng);模仿水母耳的特異功能制造了“風(fēng)暴預(yù)測(cè)器”;模仿普通蛋殼和烏龜型改進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)。自然界尚有大量奧秘，亟待我們樹立仿生觀念去開發(fā)和利用。
作為一種科學(xué)的思維，仿生思維方法有其自身的特征，認(rèn)識(shí)和掌握這些特征，便可以更加自覺和有效地運(yùn)用它。
仿生思維訓(xùn)練法1：仿生類比
類比法是人類的認(rèn)識(shí)和改造客觀世界活動(dòng)中的一個(gè)不可缺少的思維方法?？茖W(xué)的許多重要理論，最初往往是通過(guò)類比而提出來(lái)的;科學(xué)史的許多重大發(fā)現(xiàn)，也是運(yùn)用類比法而取得的。類比法的種類很多，這里主要介紹的就是仿生類比。仿生是人們模仿生物某種特殊功能的創(chuàng)造性活動(dòng)，人們?cè)谘芯可锬撤N特殊能力的時(shí)候，把設(shè)計(jì)構(gòu)想和生物功能的相似點(diǎn)作為思考的依據(jù)。這種找出和生物相似點(diǎn)的思考，就是仿生類比。
仿生類比區(qū)別于其他類比方法之處在于，它不是以一物推斷另一物，而是以一物創(chuàng)造另一物?？傊?，它不是重復(fù)而是創(chuàng)新。例如，科學(xué)家們?cè)谀蠘O考察常常會(huì)遇到暴風(fēng)雪，行走十分艱難。即使是陸地上的汽車，在這種環(huán)境下也很難行駛。怎樣才能克服在極地上走路難的問(wèn)題呢?經(jīng)過(guò)研究，工程師們發(fā)明了一種極地汽車，它沒有車輪，其地盤貼在雪地上用輪鉤推動(dòng)其在雪地上快速行走，速度可達(dá)每小時(shí)50多公里。那么，極地汽車是怎么發(fā)明的呢?原來(lái)南極考察隊(duì)的科學(xué)家們經(jīng)過(guò)觀察，從企鵝的身上得到了啟發(fā)：企鵝是滑雪冠軍，每個(gè)小時(shí)可以行走30公里。在暴風(fēng)雪里，企鵝的腹部貼在雪地上，雙腳蹬動(dòng)，行動(dòng)十分迅速。于是，科學(xué)家們模仿企鵝的體形和動(dòng)作，設(shè)計(jì)了形狀似企鵝、底部貼地，形似企鵝雙腳的輪鉤扒雪前進(jìn)的極地汽車。極地汽車的發(fā)明和運(yùn)用，是創(chuàng)造仿生思維方法的應(yīng)用，是人從生物界學(xué)到的一項(xiàng)戰(zhàn)勝困難的技術(shù)。
仿生思維訓(xùn)練法2：實(shí)用仿生
人們模仿生物的功能，絕對(duì)不是為了模仿而模仿，而是為了彌補(bǔ)人的功能的某些不足，以便更有效地從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)。因此，仿生思維方法的又一特點(diǎn)就是實(shí)用性，就是模仿創(chuàng)造有價(jià)值的物品來(lái)。
你聽說(shuō)三只耳朵的老鼠嗎?它的確很怪，而且第三只耳朵是長(zhǎng)在背上的。更為奇怪的是，那不是鼠類的耳朵，而是移植的一只人耳。這個(gè)是美國(guó)麻省理工學(xué)院組織學(xué)工程師們的杰作，也是仿生實(shí)驗(yàn)的嘗試。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成功，代表了21世紀(jì)醫(yī)學(xué)的新發(fā)展，標(biāo)志著正在蓬勃發(fā)展的仿生組織工程學(xué)的新趨勢(shì)。
人的任何器官短缺，都會(huì)給人的生活、學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)不便。雖然人的器官移植可以有限地醫(yī)治某些器官的缺損，但是有些器官單靠人類自身移植可以說(shuō)是相當(dāng)困難的。在仿生思維方法的啟示下，醫(yī)學(xué)家們經(jīng)過(guò)不懈努力，已經(jīng)研制出許多用于人體的器官。目前，已經(jīng)得到應(yīng)用的人體器官有以下幾種：
一是人造皮膚。它早已進(jìn)入醫(yī)院臨床使用。俄羅斯的醫(yī)學(xué)家們已經(jīng)掌握了培養(yǎng)人造皮膚的革命性的方法，它可以用來(lái)拯救燒傷患者的生命。這項(xiàng)技術(shù)主要包括：制造一種培養(yǎng)液，主要用來(lái)培養(yǎng)健康組織，它可以像凝膠一樣貼到燒傷處。這種凝膠液中含有的細(xì)胞隨即開始生長(zhǎng)，并逐漸發(fā)育成真正的皮膚。
二是人造眼睛。它的問(wèn)世將會(huì)為盲人帶來(lái)光明。醫(yī)學(xué)家們利用微電子技術(shù)，把微型攝像技術(shù)運(yùn)用于“眼睛”的制造上，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置和人體內(nèi)神經(jīng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，把攝像和腦內(nèi)視神經(jīng)聯(lián)結(jié)在一起，使人能夠正常地看到物體。另?yè)?jù)報(bào)道，意大利的科學(xué)家們已經(jīng)培養(yǎng)出了人工角膜，今后為復(fù)明而移植角膜，已經(jīng)不再依賴于有限的角膜捐贈(zèng)者了。
三是人造骨骼，包括手指、腳趾、假肢等。人造骨骼將由笨拙的假肢向智能化的“真肢”方向發(fā)展，使人造骨骼和正常的肢體一樣具有冷熱、疼痛的感覺。
四是人造心臟技術(shù)的日趨完善，并將得到更加廣泛的應(yīng)用。至于其他人工臟器，難度比較大，離實(shí)際應(yīng)用還有一段較長(zhǎng)的路要走。但是人造器官的前景是十分廣闊的，正如哈佛大學(xué)著名科學(xué)家、組織工程領(lǐng)域的創(chuàng)始人瓦康迪教授所說(shuō)：“我想，21世紀(jì)我們會(huì)曉得如何將人類每一個(gè)器官制造出活生生的代用品。”人們樂觀地預(yù)測(cè)，只要假以時(shí)日，實(shí)驗(yàn)室將會(huì)培養(yǎng)出實(shí)用的功能完全的腎臟、肝臟和各種人體的器官來(lái)。
仿生思維訓(xùn)練法3：創(chuàng)造仿生
這是仿生思維方法的最重要的特點(diǎn)，也是人的創(chuàng)造力的表現(xiàn)。眾所周知，電腦也是仿生的產(chǎn)物，只不過(guò)這個(gè)“生”不是一般的生物，而是模擬人腦的功能，也可以說(shuō)是“仿人”。
隨著高速運(yùn)算的需要，為了克服超級(jí)芯片和機(jī)器的局限，將包括試管、承物玻璃片、溶液甚至脫氧核糖核酸等生物化學(xué)和遺傳工具在內(nèi)，用以研制生物計(jì)算機(jī)，將無(wú)疑是最富有創(chuàng)造性的仿生研究課題。
每一種有機(jī)生命體中存在著DNA，這種分子作為一種超級(jí)計(jì)算機(jī)裝置的吸引力，在于已經(jīng)證實(shí)它存儲(chǔ)在DNA中。盡管這種物質(zhì)不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)取代個(gè)人計(jì)算機(jī)，但是科學(xué)家們的研究已經(jīng)取得了進(jìn)展，向人們演示了這些滿載信息的分子怎樣在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。美國(guó)威斯康星大學(xué)的科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)表的報(bào)告指出，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種利用附著在鍍金物體表面的DNA分子鏈完成簡(jiǎn)單計(jì)算的方法。
目前，利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算仍然比使用生物計(jì)算機(jī)快得多。但是，幾克DNA也許就可以存儲(chǔ)世界上已知的所有信息?？茖W(xué)家們預(yù)言，這種生化物質(zhì)最終將會(huì)成為效率最高的存儲(chǔ)和處理信息的媒介。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，DNA計(jì)算機(jī)的真正優(yōu)勢(shì)在于，它可以同時(shí)對(duì)整個(gè)分子庫(kù)里所有分子進(jìn)行處理，而不必按照次序一個(gè)一個(gè)地分析所有可能的答案。
思維訓(xùn)練法的應(yīng)用
仿生思維方法打破了生物和機(jī)器的界限，將各種不同的系統(tǒng)溝通起來(lái)，以創(chuàng)造出新的仿生功能的產(chǎn)品。由于仿生思維方法并不注重機(jī)器、動(dòng)物或人等系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)、能量、元件、結(jié)構(gòu)、效率的情況，而只考慮整個(gè)系統(tǒng)在功能行為上的有效性;因而它是科學(xué)研究中一種簡(jiǎn)便和有效的方法，在人們的實(shí)際工作和社會(huì)生活中有著十分廣泛的應(yīng)用。
1.在機(jī)械制造方面的應(yīng)用
模擬生物的功能制造出新的機(jī)器，在仿生應(yīng)用領(lǐng)域上有很大的空間，例如跳躍機(jī)、極地越野汽車、機(jī)器人、機(jī)械手等。大袋鼠是生活在澳大利亞的稀有動(dòng)物，是動(dòng)物界的跳躍冠軍，它每跳一步可達(dá)六七米遠(yuǎn)，若是順坡向下跳可達(dá)12米遠(yuǎn)。它的奔跑速度也很快，每小時(shí)可達(dá)65公里，幾乎和汽車速度相當(dāng)。由于它擅長(zhǎng)跳躍，它可以跳過(guò)二三米高的障礙物。在對(duì)大袋鼠特征觀察的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們模仿它的跳躍姿勢(shì)發(fā)明了無(wú)輪汽車，被命名為跳躍機(jī)，作為在沙漠、荒原上行駛的交通工具，使用起來(lái)十分方便。
2.在觀測(cè)系統(tǒng)上的應(yīng)用
我們都知道雷達(dá)用于堅(jiān)實(shí)動(dòng)態(tài)飛行的目標(biāo)，而這種功能要得助于一種叫做“電子蛙眼”的儀器。電子蛙眼是人們?cè)陂L(zhǎng)期對(duì)青蛙特異功能觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)青蛙最特別之處的一對(duì)凸起的眼睛進(jìn)行模仿發(fā)明的。這對(duì)眼睛對(duì)精致目標(biāo)并不靈敏，它是百發(fā)百中的“神槍手”。經(jīng)過(guò)研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蛙眼有四種“檢測(cè)器”，它們分別擔(dān)負(fù)著辨識(shí)、提取視網(wǎng)膜圖像的不同的功能。
正是基于蛙眼的這種奇異的功能，科學(xué)家發(fā)明了一種電子蛙眼，把它轉(zhuǎn)入雷達(dá)系統(tǒng)，用來(lái)快速而準(zhǔn)確地識(shí)別動(dòng)態(tài)的飛機(jī)、艦艇和導(dǎo)彈等。電子蛙眼還廣泛地應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)等的交通管理上，它能監(jiān)視飛機(jī)的起飛和降落，指揮車輛的行駛，防止碰撞事故的發(fā)生。除此之外，根據(jù)仿生原理還發(fā)明了電子鴿眼等，它們?cè)谲娛骂I(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
3.在通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用
在自然界中，有些動(dòng)物的聲納功能超過(guò)了人類，如蝙蝠、海豚等，它們擁有精巧、靈敏、快速的聲納系統(tǒng)。那么，能否模仿它們的聲納功能為軍事和科學(xué)研究服務(wù)呢?科學(xué)家們經(jīng)過(guò)研究，模仿這些動(dòng)物的聲納特征，改進(jìn)航海、航空的聲納定向、導(dǎo)航和通訊系統(tǒng)，用于發(fā)現(xiàn)隱藏在水中的潛艇、水雷、魚群、暗礁和空中的隱形飛機(jī)等，以保證軍事任務(wù)的完成。
4.在生物化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用
生物的活細(xì)胞猶如天然的“小化工廠”。在細(xì)胞中，可以同時(shí)發(fā)生1500~2000個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而且完成這些化學(xué)反應(yīng)的速度極快。例如，由氨基酸開始一條由150個(gè)氨基酸組成的肽鏈僅需要一分鐘。原因何在呢?最根本的原因就在于活細(xì)胞的化學(xué)反應(yīng)中，生物酶在起催化作用。據(jù)估計(jì)，一個(gè)活細(xì)胞中往往含有幾千種生物酶，而且它們有很高的選擇性，一種生物酶僅催化一個(gè)特定的反應(yīng)。鑒于生物酶的神奇效應(yīng)，人們正在努力尋找把生物酶用到化學(xué)工業(yè)中去的有效方法。于是，人們用仿生的方法合成生物酶。
對(duì)生物固氮酶的生化研究和化學(xué)模擬，是人工合成酶研究的一個(gè)典型的例子。經(jīng)過(guò)科學(xué)研究人員的努力，這項(xiàng)研究已經(jīng)取得了可喜的成功。據(jù)介紹，只要突破了大規(guī)模生產(chǎn)的困難，這項(xiàng)成功最終可以達(dá)到實(shí)用的階段，那時(shí)候不僅可以得到充足的化肥，而且對(duì)于化學(xué)工業(yè)也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
5.工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
生物界經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年漫長(zhǎng)歲月的不斷進(jìn)化，機(jī)體結(jié)構(gòu)有了及其完美的設(shè)計(jì)，可以說(shuō)達(dá)到了精確無(wú)比、非常完善的地步，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人類設(shè)計(jì)的各種裝置。因此，生物機(jī)體的構(gòu)造和它們特有的功能，就是我們進(jìn)行各種仿生設(shè)計(jì)的一部“參考書”。例如，人和動(dòng)物的血管系統(tǒng)包括血管的排列、管徑的匹配，都對(duì)水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值;植物綠葉的葉脈配水系統(tǒng)，也是水利和輸油管系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考模型;各種水生動(dòng)物用以沉浮的機(jī)制，早已為潛艇和其他潛水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有益的借鑒;貝殼類生物具有很薄的貝殼，表面呈弧形，因而能耐受很大的壓力。由此，人們受到啟發(fā)，在建筑上出現(xiàn)了薄殼結(jié)構(gòu)的屋頂。
還有一個(gè)典型的例子是模擬蜂窩形狀的建筑。蜜蜂不僅精于采粉釀蜜，而且還是技術(shù)高超的“建筑師”。它們用蜂蠟一晝夜就能造出幾千間房子，而且每間的體積幾乎都是0.25立方厘米。蜂窩師極為規(guī)則的等邊六角形，壁厚也是十分精確，嚴(yán)格保持在0.073±0.002毫米的范圍內(nèi)。六角形的蜂窩更是獨(dú)特，不僅可以節(jié)省材料獲得最大的居住空間，而且還能以單薄的結(jié)構(gòu)而獲得最大的強(qiáng)度。人們從蜂窩結(jié)構(gòu)得到啟示，已經(jīng)仿制出材料省，重量輕、強(qiáng)度大、隔音和絕熱性能優(yōu)良的建筑。
英國(guó)科學(xué)家達(dá)爾文經(jīng)過(guò)多年的潛心研究，奠定和創(chuàng)立了生物進(jìn)化論的基礎(chǔ)。可在當(dāng)時(shí)他的理論是不被接受的，常常有人在各種時(shí)間、各種場(chǎng)合刁難他。
一次，達(dá)爾文參加了一個(gè)宴會(huì)，并和一位長(zhǎng)相甜美的妙齡小姐交談起來(lái)?？蛇@位小姐卻突然問(wèn)他：“達(dá)爾文先生，既然你的理論說(shuō)人是由猴子變來(lái)的，那么我也是這樣嗎?”
這個(gè)問(wèn)題讓達(dá)爾文感到很為難。因?yàn)檫@位小姐在宴會(huì)上是眾人關(guān)注的焦點(diǎn)，如果達(dá)爾文堅(jiān)持她也是由猿進(jìn)化而來(lái)的，那么勢(shì)必就會(huì)激起所有人的不滿;如果自己說(shuō)不是呢?那又違背了自己的理論。在這種情況下，達(dá)爾文突然想到了一個(gè)兩全其美的答案，既使這位小姐很滿意，又捍衛(wèi)了自己的學(xué)術(shù)尊嚴(yán)。
那么，你猜達(dá)爾文是怎么回答小姐的問(wèn)題的呢?
答案：面對(duì)這位小姐，達(dá)爾文很從容地回答道：“你當(dāng)然也是由猿進(jìn)化而來(lái)的，不過(guò)很顯然，您是由非常迷人的猿進(jìn)化而來(lái)的。”
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