“偷師”大自然，ISEL來幫忙

論仿生學

對人類進步的促進作用

       庚子年初，世紀蝗災由也門興起，4000億只生存能力極強的沙漠蝗蟲以每天150公里的速度迅速卷亞非多國，東非、紅海地區(qū)和西亞各國都無法幸免，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織估算，2020年中，多國將因此面臨糧食安全問題，預計1900萬人類將遭遇大饑荒，其中也包括阿三哥印度和中國的鐵哥們-巴基斯坦；而在國內(nèi)，新冠病毒（SARS-CoV-2）來勢洶洶，新冠肺炎的確認病例激增，已突破7萬人，盡管中國政府反應迅速，出手果斷，武漢“封城”，全國人民集體“家里蹲”過年，但仍需數(shù)月才能結(jié)束這場沒有硝煙的人與病毒之戰(zhàn)。這兩起事件的罪魁禍首就是令人又愛又恨的蝗蟲和蝙蝠。大自然又一次向人類展示了他的威嚴和不可侵犯。盡管如此，種種事實又證明大自然是人類最好的老師，人類許多高尖精技術(shù)都是從自然界“偷學”而來的。由此還產(chǎn)生了一門學科-仿生學。

       仿生學，通俗講，就是從大自然中、從生物體上“偷師”，尋找思想靈感。將生物體的結(jié)構(gòu)、功能原理，廣泛應用到軍事、工業(yè)、設計、醫(yī)學、建筑等領域。為了證明我們觀點的正確性，今天我們就來列舉幾個生動的例子。

蜻蜓--直升飛機

圖1：蜻蜓與中國直20系列直升機

      飛機的發(fā)明，并不是來源于蜻蜓，但卻靠蜻蜓改善了飛機的安全性能。在空氣動力學中有一種“顫振”現(xiàn)象，如果飛機飛行時不能消除這種現(xiàn)象，快速飛行時就會使機羽折斷，招致機毀人亡。蜻蜓翅端前緣有一塊色深加厚的部分，叫翅痣，它是保護薄而韌的蜻蜓翅膀快速震動卻不折損的關(guān)鍵，人們仿照翅痣，在飛機機羽上設計了加厚部分，于是戰(zhàn)勝了顫振，保證了快速型飛機的安全。

翠鳥--高速鐵路列車

圖2：翠鳥與高速鐵路列車

      在日本新干線高速列車最初高速行駛時，原有的子彈型頭部設計，因音爆效應產(chǎn)生的噪音超過了環(huán)境標準。日本工程師從翠鳥的嘴巴上得到了靈感。翠鳥的長嘴呈流線型，向后部直徑逐漸增加，水流可以順暢地向后流動，扎向水中捕魚時只會濺起很少的水花。工程師據(jù)此對子彈車頭進行重新改造后，車速比起原有設計提升了10%，而電力消耗卻降低了15%，同時噪音水平也有了顯著下降。

游隼--美國B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機

圖3：游隼與美國B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機

       綽號“幽靈”的B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機是一種執(zhí)行戰(zhàn)略核/常規(guī)打擊任務的低可偵測性飛翼式轟炸機。這款正面呆萌、背面科幻的大殺器究竟應用了多少仿生學原理，可能只有美國軍方自己知道。但你看它的側(cè)面（見圖3），跟游隼的相似度達到驚人的99.99%。

       在這些領域的研究過程中，都涉及到空氣動力學方面的測量，通過獲取詳細的速度和相關(guān)的流動特性可幫助工業(yè)設計師對飛行器或車輛的外型結(jié)構(gòu)（從飛機、高鐵、船舶、汽車到微型設備）進行優(yōu)化。在這方面ISEL的粒子圖像測速（PIV）專用位移坐標系統(tǒng)可提供專業(yè)化的服務。除此之外，伴隨著新的實驗測量需求（長距離測量、定向追蹤測量，多點位測量、超高速測量、弧面、曲面測量及同步測量等），isel不斷開發(fā)新的位移坐標系統(tǒng)（一維、二維、三維、多維和非標）。