仿生的发明史

仿生的发明史

在大约公元1500年，在鸟翅模型之后，仿生学之父，达·芬奇（Leonardo　da　Vinci，意大利文艺复兴时期的伟大画家、雕刻家和建筑学家）画了一系列的无法实现的飞行设备草图。大约400年之后，奥托（Otto　Lilienthal）根据鹳的翅膀制造的滑翔机成功的飞行了250米，而且他也取得了“滑翔机之父”的称号。

奥托·李林塔尔生于普鲁士距离波罗的海很近的一个叫奥克拉姆的小镇。和诸多伟大的科学家一样，儿童时代的李林塔尔就对自然界的一切充满了好奇和暇想，特别是对那些时而掠水低回、时而展翅高飞的海鸟更是心驰神往。他执拗地认为：鸟类能飞行，人也一定能飞起来。为了实现这个愿望，他和比他小一岁的弟弟古斯塔夫跑遍小镇寻觅羽毛，然后把它们粘贴在薄木板上，做成一副翅膀。他们专心致志地想模仿飞鸟飞起来。但是，一次、两次……都失败了。但李林塔尔并没有灰心，他暗暗发誓：我一定要飞起来！

奥托·李林塔尔

青年时的李林塔尔从柏林技术学院毕业之后，曾自己设计制造一台发动机。因为这时的他已清楚地知道，单靠人本身的体力是不能维持长距离飞行的，将来的飞行器必然要依赖于机械动力。然而，当时李林塔尔所面临的难题并不是有无动力，而是飞行器的结构设计和如何稳定操纵。李林塔尔选择了进行滑翔实验飞行的这条道路。为了设计出最理想的飞行器，他把主要精力放在对鸟类飞行原理的研究上。他耗费数年时间和古斯塔夫一道悉心观察，仔细研究各种鸟类的翅膀结构和飞翔的方法，尤其是注意到翼面和升力之间的关系。为此，他们专门创造了一个公式，用来计算鸟类飞行、滞空以及滑翔时所付出体力的大小。在7年的时间里，他制造出18种不同型号的滑翔机，他操纵这些滑翔机从屋顶或山坡上一次又一次地跳下来。虽然总是一败涂地，但他却百折不回，从中积累了丰富的经验。

第一架能飞的滑翔机

1877年，一架不必用机翼作拍翅飞行的滑翔机在他们的精心策划下制造出来了，一架有着像鸟一样略微拱起的机翼，并证明了这种机翼比扁平的机翼性能更优。1889年，他潜心研究鸟类飞行已20余年，他将自己多年来的呕心沥血写成的一本名为《鸟类飞行——飞机驾驶技术的基础》一书，独有见地地将飞行和空气动力学联系起来。后来被认为是航空科学的基础著作。

1891年，第一架能实际滑翔的滑翔机终于被李林塔尔兄弟制造出来了，它的外表颇像一只伸展双翼的大鸟，尾部也与鸟尾大同小异，高高翘起。它是用棉布、竹片和藤条制成。其显著的特点是两副翼面为弓形，是现代伞翼滑翔机的名副其实的鼻祖。李林塔尔身背着这架翼展5．5米的“大鸟”顺着山坡疾跑几步，随后一跃，借助风力，这架人类历史上第一架滑翔机终于飞了起来，记下了航空史上光辉的一页。随后几年，李林塔尔制造的滑翔机越来越好。1894年，他操纵滑翔机从50米高的山坡上滑翔而下，飞行了350米，最远一次达到1千米。李林塔尔的名字随着新闻报道不胫而走，传遍全球。李林塔尔并不满足于自己的成就，他在1891～1896年间进行了2000多次滑翔试验，三次改进总体布局，滑翔中又拍了许多照片，积累了大量数据，并以此编制了《空气压力数据表》，给美、英、法等国的飞机制造者们提供了宝贵的资料。1894年，李林塔尔从柏林附近的悬崖上起飞，成功地滑翔了350米（1150英尺）远，这在当时是一个惊人的成绩。

成功总是要付出巨大代价的。1896年4月9日，李林塔尔驾驶他的滑翔机从德国斯图伦附近的山坡上起飞后，恰遇一股强劲的风，他一下腾空很高，李林塔尔非常兴奋，然而他却全然不知由于上升迎角太大，滑翔机已达失速的边缘。正当他试图尝试一种新的控制方法时，滑翔机突然失速，一头栽向地面，滑翔机摔毁了，李林塔尔也受了致命的重伤（脊椎断裂），在送往医院的途中死亡。在弥留之际，对他弟弟古斯塔夫说：“总是要有人牺牲的……。”德国人为了纪念他的功绩，为李林塔尔树立了一座纪念碑，上面写着“最伟大的老师”。

在发明飞行交通工具中，在莱特兄弟之前，李林塔尔的名字是最伟大的。他的工作直接导致了飞机的发明人莱特兄弟的成就。他的著作被详细地翻译出来供他人利用，而且使人们能够看到，即使没有发动机，只利用风力和重力，也能够进行成功的飞行。

莱特兄弟

直到20世纪中期，有许多研究者都在不断尝试把自然界的形态和规则用于技术上。但是，仅仅在60年代初一种科学的综合分类学科才由它产生。

20世纪70年代，德国波恩大学的科研人员发现纯粹的自清洁效应，也被叫做“莲花效应”。他们把一批多样的植物叶片放在一个特殊的环境下时，开始并没有什么特殊的发现。这些科学家就围绕着这样一个问题开始研究：能否根据叶子表面纹理的不同来检测这组植物中扭曲的茎。

荷叶效应自洁涂料具有不沾水、耐沾污及优异防水功能，适用于内墙高档装饰、厨房及对洁净有特殊要求，但又易被沾污的的场合使用

进行植物学例行任务，就是在每一个研究之前，观察某些植物时先要把植物清洗干净，这是研究者们首当其冲要做的。但是很快生物学家就发现一个非常荒谬而奇怪的现象：就是只有那些表面很光滑的叶子才需要清洗，而其他的那些表面上看起来很粗糙的叶子反而是干净的。对他们来说更值得注意的是：某些特殊的叶子甚至可以完全抵制水。在那时，很清楚地是自清洁效果是和可润湿性相联系的。这种效果特别明显得表现在莲属坚果莲中：从下看发现果子上有小的茸毛和小的蜡质覆盖在叶子上，水滴下来就像从热的炉盘上滴下来一样。研究者解释说：在光滑表面，水会在污垢上蔓延。在粗糙表面，水滴粘不牢，形成球状，在可以到达的污垢粒子上滚动并且带着污垢粒子滚动。

1977年，科学家们在一段短的旁注中描述了这种现象。看起来这段旁注是很琐碎的，只是为了引起更多的注意。1989年，科学家们重新注意到了这个旧的发现并详细的研究了这个现象。他们不仅成功的破译了“莲花效应”对生物学的意义，而且同时把它的不被脏物污染的原理应用于人造表面。

人才济济的波恩大学

荷叶和荷叶效应乳胶漆的结构比较Ⅰ

荷叶和荷叶效应乳胶漆的结构比较Ⅱ

1996年，德国波恩大学的科研人员又用一个带有新衣料的白盘子实现了他们的程序，同时注册了专利。他们在一个白盘子上撒上煤灰和颜料的混合物并且滴上一些水，很快，这个盘子就干净了。作为对比，一个擦的特别亮的清漆膜也撒上煤灰盒颜料的混合物，但是即使在长时间的漂洗之后，煤灰仍然存在，而且还有另一个脏的灰层，对清漆膜来说，只用水是不能清洗干净的。

莲花效应的历史，从它的发现到应用，典型的来自于一个研究规则“技术学习自然”。

在目前对仿生学的理解大体认为是建立在“各种技术手段转化，建筑使用，规划步骤以及生物系统的设计哲学”的基础上。在几百万年的优化中接近完美的自然发明是化学家、机械师和建筑师所期望的研究对象。

如烟往事俱忘却，心底无私天地宽。

——陶铸