仿生思維訓(xùn)練法的介紹
思維導(dǎo)圖充分運用左右腦的機能，利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律，協(xié)助人們在科學(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限潛能。你聽過仿生思維訓(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。在一個偶然的機會中四人共聚一堂。這時，四人決議將錢還清。他們想在移動金錢最少的情況下結(jié)清賬，請問他們應(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，用于制造先進工具。仿生的思想古已有之，然而仿生學(xué)卻只是20世紀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、家畜的動作，雞鳴、狗叫、鳥飛、兔跳、猴戲、馬跑是兒童經(jīng)常模仿的對象，周圍的許多動物都能對兒童產(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，由聽覺吸收能避開前進障礙，即使在黑暗中也能任意飛行，這種雷達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，用以定向和測距，被廣泛用于科學(xué)實驗、經(jīng)濟發(fā)展、國防事業(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)代實驗生物學(xué)的奠基者之一的斯帕蘭查尼，卻獨具慧眼，不迷信權(quán)威，推倒了居維對蝙蝠飛行出現(xiàn)的錯誤解釋，使模仿性與科學(xué)性、理論性與實用性達到了和諧的統(tǒng)一，對人類文明作出了貢獻。
在早先研究潛艇的速度時，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100萬倍的嗅覺，能感覺出200萬種物質(zhì)的不同濃度的氣味，人類利用不同氣體對紫外線吸收程度的不同特點，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用價值，模仿昆蟲的楫翅制造了陀螺儀;模仿翅痣消除了飛機的劇烈振動;模仿水母耳的特異功能制造了“風(fēng)暴預(yù)測器”;模仿普通蛋殼和烏龜型改進了建筑結(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，認識和掌握這些特征，便可以更加自覺和有效地運用它。
仿生思維訓(xùn)練法1：仿生類比
類比法是人類的認識和改造客觀世界活動中的一個不可缺少的思維方法?？茖W(xué)的許多重要理論，最初往往是通過類比而提出來的;科學(xué)史的許多重大發(fā)現(xiàn)，也是運用類比法而取得的。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，人們在研究生物某種特殊能力的時候，把設(shè)計構(gòu)想和生物功能的相似點作為思考的依據(jù)。這種找出和生物相似點的思考，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?？傊皇侵貜?fù)而是創(chuàng)新。例如，科學(xué)家們在南極考察常常會遇到暴風(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題呢?經(jīng)過研究，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其在雪地上快速行走，速度可達每小時50多公里。那么，極地汽車是怎么發(fā)明的呢?原來南極考察隊的科學(xué)家們經(jīng)過觀察，從企鵝的身上得到了啟發(fā)：企鵝是滑雪冠軍，每個小時可以行走30公里。在暴風(fēng)雪里，企鵝的腹部貼在雪地上，雙腳蹬動，行動十分迅速。于是，科學(xué)家們模仿企鵝的體形和動作，設(shè)計了形狀似企鵝、底部貼地，形似企鵝雙腳的輪鉤扒雪前進的極地汽車。極地汽車的發(fā)明和運用，是創(chuàng)造仿生思維方法的應(yīng)用，是人從生物界學(xué)到的一項戰(zhàn)勝困難的技術(shù)。
仿生思維訓(xùn)練法2：實用仿生
人們模仿生物的功能，絕對不是為了模仿而模仿，而是為了彌補人的功能的某些不足，以便更有效地從事科學(xué)實驗和生產(chǎn)。因此，仿生思維方法的又一特點就是實用性，就是模仿創(chuàng)造有價值的物品來。
你聽說三只耳朵的老鼠嗎?它的確很怪，而且第三只耳朵是長在背上的。更為奇怪的是，那不是鼠類的耳朵，而是移植的一只人耳。這個是美國麻省理工學(xué)院組織學(xué)工程師們的杰作，也是仿生實驗的嘗試。這項實驗的成功，代表了21世紀醫(yī)學(xué)的新發(fā)展，標志著正在蓬勃發(fā)展的仿生組織工程學(xué)的新趨勢。
人的任何器官短缺，都會給人的生活、學(xué)習(xí)和工作帶來不便。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是相當困難的。在仿生思維方法的啟示下，醫(yī)學(xué)家們經(jīng)過不懈努力，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，它可以用來拯救燒傷患者的生命。這項技術(shù)主要包括：制造一種培養(yǎng)液，主要用來培養(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胞隨即開始生長，并逐漸發(fā)育成真正的皮膚。
二是人造眼睛。它的問世將會為盲人帶來光明。醫(yī)學(xué)家們利用微電子技術(shù)，把微型攝像技術(shù)運用于“眼睛”的制造上，通過光電轉(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。另據(jù)報道，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，離實際應(yīng)用還有一段較長的路要走。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：“我想，21世紀我們會曉得如何將人類每一個器官制造出活生生的代用品。”人們樂觀地預(yù)測，只要假以時日，實驗室將會培養(yǎng)出實用的功能完全的腎臟、肝臟和各種人體的器官來。
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，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，只不過這個“生”不是一般的生物，而是模擬人腦的功能，也可以說是“仿人”。
隨著高速運算的需要，為了克服超級芯片和機器的局限，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)，用以研制生物計算機，將無疑是最富有創(chuàng)造性的仿生研究課題。
每一種有機生命體中存在著DNA，這種分子作為一種超級計算機裝置的吸引力，在于已經(jīng)證實它存儲在DNA中。盡管這種物質(zhì)不會在短時間內(nèi)取代個人計算機，但是科學(xué)家們的研究已經(jīng)取得了進展，向人們演示了這些滿載信息的分子怎樣在計算機中執(zhí)行計算任務(wù)。美國威斯康星大學(xué)的科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)表的報告指出，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分子鏈完成簡單計算的方法。
目前，利用個人計算機進行計算仍然比使用生物計算機快得多。但是，幾克DNA也許就可以存儲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)最終將會成為效率最高的存儲和處理信息的媒介。與傳統(tǒng)計算機相比，DNA計算機的真正優(yōu)勢在于，它可以同時對整個分子庫里所有分子進行處理，而不必按照次序一個一個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器的界限，將各種不同的系統(tǒng)溝通起來，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器、動物或人等系統(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)研究中一種簡便和有效的方法，在人們的實際工作和社會生活中有著十分廣泛的應(yīng)用。
1.在機械制造方面的應(yīng)用
模擬生物的功能制造出新的機器，在仿生應(yīng)用領(lǐng)域上有很大的空間，例如跳躍機、極地越野汽車、機器人、機械手等。大袋鼠是生活在澳大利亞的稀有動物，是動物界的跳躍冠軍，它每跳一步可達六七米遠，若是順坡向下跳可達12米遠。它的奔跑速度也很快，每小時可達65公里，幾乎和汽車速度相當。由于它擅長跳躍，它可以跳過二三米高的障礙物。在對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發(fā)明了無輪汽車，被命名為跳躍機，作為在沙漠、荒原上行駛的交通工具，使用起來十分方便。
2.在觀測系統(tǒng)上的應(yīng)用
我們都知道雷達用于堅實動態(tài)飛行的目標，而這種功能要得助于一種叫做“電子蛙眼”的儀器。電子蛙眼是人們在長期對青蛙特異功能觀察的基礎(chǔ)上，對青蛙最特別之處的一對凸起的眼睛進行模仿發(fā)明的。這對眼睛對精致目標并不靈敏，它是百發(fā)百中的“神槍手”。經(jīng)過研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蛙眼有四種“檢測器”，它們分別擔負著辨識、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)入雷達系統(tǒng)，用來快速而準確地識別動態(tài)的飛機、艦艇和導(dǎo)彈等。電子蛙眼還廣泛地應(yīng)用在機場等的交通管理上，它能監(jiān)視飛機的起飛和降落，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，它們在軍事領(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，有些動物的聲納功能超過了人類，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)過研究，模仿這些動物的聲納特征，改進航海、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
生物的活細胞猶如天然的“小化工廠”。在細胞中，可以同時發(fā)生1500~2000個化學(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胞的化學(xué)反應(yīng)中，生物酶在起催化作用。據(jù)估計，一個活細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典型的例子。經(jīng)過科學(xué)研究人員的努力，這項研究已經(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，這項成功最終可以達到實用的階段，那時候不僅可以得到充足的化肥，而且對于化學(xué)工業(yè)也將產(chǎn)生深遠的影響。
5.工藝設(shè)計上的應(yīng)用
生物界經(jīng)過億萬年漫長歲月的不斷進化，機體結(jié)構(gòu)有了及其完美的設(shè)計，可以說達到了精確無比、非常完善的地步，遠遠超過了人類設(shè)計的各種裝置。因此，生物機體的構(gòu)造和它們特有的功能，就是我們進行各種仿生設(shè)計的一部“參考書”。例如，人和動物的血管系統(tǒng)包括血管的排列、管徑的匹配，都對水利系統(tǒng)的設(shè)計有參考價值;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)計的參考模型;各種水生動物用以沉浮的機制，早已為潛艇和其他潛水系統(tǒng)的設(shè)計提供了有益的借鑒;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，嚴格保持在0.073±0.002毫米的范圍內(nèi)。六角形的蜂窩更是獨特，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、強度大、隔音和絕熱性能優(yōu)良的建筑。
英國科學(xué)家達爾文經(jīng)過多年的潛心研究，奠定和創(chuàng)立了生物進化論的基礎(chǔ)?？稍诋敃r他的理論是不被接受的，常常有人在各種時間、各種場合刁難他。
一次，達爾文參加了一個宴會，并和一位長相甜美的妙齡小姐交談起來。可這位小姐卻突然問他：“達爾文先生，既然你的理論說人是由猴子變來的，那么我也是這樣嗎?”
這個問題讓達爾文感到很為難。因為這位小姐在宴會上是眾人關(guān)注的焦點，如果達爾文堅持她也是由猿進化而來的，那么勢必就會激起所有人的不滿;如果自己說不是呢?那又違背了自己的理論。在這種情況下，達爾文突然想到了一個兩全其美的答案，既使這位小姐很滿意，又捍衛(wèi)了自己的學(xué)術(shù)尊嚴。
那么，你猜達爾文是怎么回答小姐的問題的呢?
答案：面對這位小姐，達爾文很從容地回答道：“你當然也是由猿進化而來的，不過很顯然，您是由非常迷人的猿進化而來的。”
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