并在“哥伦比亚博览会”上展出。这项发明一下子吸引住一位叫霍克的年轻军官。他决定建一个拉链厂,并雇用了卡特逊。没想到拉链机的组装并非易事,卡特逊畏难而罢休。霍克经过19年的周折,装好了拉链机,却没有人想用这东西做鞋带。这说明想到运用移植法是不容易的。但是后来,有家服装店的老板,把拉链移植到围腰式钱包上,一下子生意兴隆了。他又把拉链用到飞行服上,卖给了空军,很受欢迎。1930年法国经济不景气,什么产品都不好销,而服装设计师夏巴列夫却因将拉链用在女式外套上而畅销市场。另一家服装店老板因为将拉链用在裤子上,而使该店经营活跃起来。霍克花了19年时间完成的发明,却因没有找到合适的用途而没有销路。而这些服装厂巧妙地把这项技术移植到服装的某些部位,实现了服装制作的革新,振兴了经济。可见灵活、有效地移植是多么的富有价值。 (3)多种移植的结合
上海市五十一中小发明组连鑫等同学发明充气太阳灶。他们把充气玩具的技术、日常商品的不干胶贴片,移植到太阳灶上来;把课本上的知识:帕斯卡原理移植到新型太阳灶的设计中去,采用了原理、技术、原料的多种移植方法。他们在确定课题后,一天在儿童玩具店玩,看见了充气玩具——救生圈,它充气后就鼓胀成一个大圆圈。他们想,假如将两片圆形塑料薄膜边缘粘结,充气后会不会膨胀成一个抛物面呢?如果可以,抛物面的加工量可大大减少,而且又轻。实验结果,充气后在底面贴上真空镀铝涤纶不干胶片,结果得到手掌般大小的聚焦斑点,很烫。他们又想到,帕斯卡原理讲到,在密闭的容器里,器壁受到的气体的压强是均匀的。既然如此,它形成的抛物面肯定是均匀的,聚焦效果更好。后来他们又用塑料管和铝合金管加工后成框架、支架,无基板充气太阳灶就创造出来了。这个充气太阳灶的核心气囊,气囊的底面上贴有反射膜。利用充气压力使底面形成很好的聚光反射镜,把阳光聚集在锅底上。气囊的上面是一层透明塑料膜,可以防尘、防水,保护反射膜。详见图解。这种充气太阳灶很轻,只有4千克,用料又省,镜面工艺简单,造价只有相同功率的其他形式太阳灶的20%左右。 (4)辐射能力要强,善于从“看来无关”的事物中寻找启示和线索
例如,发现二硫化钼作润滑剂就是如此。一个人踩到丢弃在路上的香蕉皮使他滑倒,这是众所周知的常识。香蕉皮为什么滑溜呢?想到这个问题的人也许不多,把它当作一个问题去研究的人,可能更少。有人用显微镜加以观察,发现它有几百个薄层构成,层与层间可以滑动。据此,有人推断,如果能找到类似结构,就可由此发现性能优异的润滑剂。在对许许多多的物质进行研究后,人们终于发现二硫化钼和石墨的结构完全类似于香蕉皮的结构。石墨早已被用作润滑剂,二硫化钼却是通过这种移植方法被发现的。它具有极薄的层结构,厚度为0.1微米,仅为香蕉皮层厚的二百万分之一,其易滑性相当于香蕉皮的二百万倍,它的熔点高达1800℃。常用润滑剂黄油只能在150℃以下的条件下使用,二硫化钼在400℃温度下使用也不成问题,是一种良好的耐热性润滑剂。可见,留意、探究“日常小事”,有时也可引出新发现,这对于我们从事技术开发、产品开发来说,是有启示作用的。 请你发明设计
随身钱包如何防盗
人人都注意保护钱包。有的人将钱包穿在皮带上,有的人在钱包上拴一根绳系在身上,有的人把钱包堂而皇之地系在腰上成腰包。这些方法行之有效,但称不上巧妙。于是,有人研制出电子报警皮夹。当皮夹离开人体一段距离,人体携带的电子报警器就报警。然而,这种报警器不是体积过大,就是价格偏高。请你利用移植发明法,发明一种防盗钱包。 1.8 巧妙仿生法
地球上的生物在漫长的进货过程中,通过自然选择,形成了许多卓有成效的器官或形态,其结构的精巧和可靠达到了令人难以置信的地步。例如,螳螂能在0.05秒的瞬间,计算出眼前小昆虫的速度、方向和距离,并能将其一下子捕获。蝙蝠是靠超声波定位的,蝙蝠的超声波定位器只有几分之一克,但是它能精确地导向,蝙蝠能依靠它迅速捕到昆虫,上万中蝙蝠在一个山洞里飞翔互不碰撞。生物具有各种丰富多彩的功能,具有复杂和精巧的机构,其奇妙程度是难以想象的。我们能否把生物的这些功能、机构运用到技术发明上去呢?
有一门仿生学的科学,它就是把各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,希望在技术发明中能够利用这些原理和机理,实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。在实用发明中,仿效生物系统的功能、机理制造出产品的方法,就叫做仿生法。
让我们举几例来说明这种仿生法在创造发明中的作用。 (1)人造海豚皮的说明
海豚在游泳时能轻而易举地超过快速航行的船只。原因在哪呢?科学研究表明,海豚不仅有一个理想的流线型体形,而且还有特殊的皮肤结构。海豚的皮肤分两层:外层薄而富有弹性,其下面是乳头层和刺状层。乳头下面有稠密的胶原纤维和弹性纤维联系,其间充满脂肪。海豚皮肤的这种结构有许多作用,从快速流动来说,它起消振器的作用,使水流引起的振动减弱,防止湍流的形成和液流的破坏。
人们依照海豚皮的这种功能和结构,研制成一种人造海豚皮,这种人造海豚皮由三层橡胶组成,表皮层平滑,厚约0.5毫米,起支持板的作用,它与船上的壳体连接。试验表明,把这种人造皮贴到鱼雷上时,鱼雷在水中的运动阻力至少减小50%。
(2)联动刃钻头的发明
恐龙已在地球上消失了。但是,考古人员发掘出来的恐龙的化石表明,有一种吃草的恐龙高数米,长达20多米,估计质量为40多吨。这么大的身躯,每天要消耗上吨的植物来维持生命,但是,恐龙的嘴很小,小小的口腔怎样才能将这么多
植物嚼碎呢?原来,恐龙的口腔中排列有几排牙齿,每排有几十颗,一口牙约有四五百颗,有的多达2千颗以上。
按照恐龙的牙齿排列,人们发明了一种由两排刃齿组成的联动刃钻头。这种新型钻头的钻进速度比——般钻头要快一倍。其实,某些动物的器官很值得模仿制造。例如,螳螂的钩头大刀、壁虎脚上的吸盘、树獭的爪子、鳄鱼的鳞片、袋鼠的尾巴等,都和我们日常生活中的某些工具或物品相似。或许,从模仿这些动物的器官中可以获得某些有益的东西。
应用巧妙仿生法,有哪些方法和要领呢? (1)仿生物功能
例如蜻蜓和苍蝇的复眼由许多单眼组成。在每一只小方角形的单眼中,都有一小块角膜。这种角膜像照相机一样单独成像。在蜻蜓和苍蝇的复眼前边,即使只放一个目标,但通过一块块角膜,可以看到许许多多个相同的影像。人们仿照复眼的这个功能,把许多光学小镜排列组合起来,发明了复眼透镜。用这种复眼透镜制成照相机,一次就可以拍千百张相同的影像。在电视屏幕上,你看到过这样的影像吗? (2)仿生物结构
例如纸蜂窝墙板的发明。蜜蜂往往被称为昆虫界中的“建筑师”。这是因为它能一昼夜中用少量的蜂蜡建造上千间生儿育女的蜂房。据说有一种黄蜂,它能用不到半两的蜂蜡,建起数十间整齐的蜂房。而人类建造房屋用的砖,每立方米的质量约有1.8吨之多。看来,蜜蜂采用了“轻型材料”建房。依照蜂窝的结构,人们制成一种纸蜂窝墙板。纸蜂窝墙板是将厚约2.5毫米的石棉水泥和纱管纸,按一定方法粘结起来的新型建筑材料。目前,这种材料不仅用于建筑业,而且可用来制造家具。用相同原理制成的高强度纸蜂窝墙板还应用于火箭和飞机机翼的制造中。
(3)仿生物语言
动物也有语言,称为“动物通信”。有一次,一位科研人员把动物的声音用录音机录下来,同时仔细观察该动物的相应行为动作,发现了它们之间有相互的关系。如把一支灵敏度很高的话筒放到人工孵卵器里,发现一种十分奇特的现象:原来在小鸡出壳前三天,就已“吱吱”地说话了。起先声音很低,后来把耳朵凑到鸡蛋上就能听得到。这些信号似在说:“我太热了”或“我冻坏了”,孵蛋鸡就根据这些要求翻动它们,改变着孵蛋动作:离开或孵在蛋上。据此,人们一量掌握了动物语言的秘密,就可以指挥动物的行动了。目前,有的飞机场、菜园、养鱼场等为了不受鸟的危害,依照鸟语设立“鸟语广播台”。这种广播台播放鸟类遇到危险时发出的惊叫声,以吓跑飞鸟。 (4)仿生物钟
每天天刚破晓,公鸡便引吭高歌,喔喔地准时报晓。鸡叫三遍,天光大亮,豆类植物幼苗的叶子,白天抬起,晚上下垂。生物学上称这种现象为昼夜节律。生物界的许多活动还跟季节有关,植物的开花结果,候鸟的迁徙,鱼类的回游,都有这个规律。人的身体里也有生物钟系统,人的体温、血压、基础代谢、脉搏、细胞分裂和血液成分等等,都呈昼夜性变化。人们一旦揭开生物钟的奥妙,将有更多发明给人类生产、生活带来不可估量的好处。 请你发明设计 驱鼠有什么妙法?
老鼠之患,人人恶之。驱鼠之法也多,有化学法(药物)和物理法(超声波)两大类。还有的将活鼠肛门塞上黄豆用线缝住放归,让老鼠胀肚乱咬同类。请你应用仿生法,发明一种驱鼠工具。 1.9 废物利用法
江苏昆山小桃园的中学生陈平,于13岁时设计并做出了“简易显微镜”这件小发明。陈平说:“我设计了一台简易显微镜,用的全部是废品。找一支空牙膏壳,剪下颈部以上的那一部分,洗干净。剪一小片透明纸贴在牙膏壳管口上,它就是载物台。
找一只锥子在牙膏壳盖顶正中钻一个小孔。将一只废小电珠轻轻敲碎,取出头部的聚光玻璃球,把它嵌在小孔里,就成了目镜。把需要观察的标本(例如蜘蛛脚)放在载物台上,盖上牙膏壳,旋动盖子(就是调整焦距),直到可以清楚地看见物像为止。”
江苏省靖江县斜桥中学初中三年级的朱力同学,14岁时做出了简易铅笔刀这件小发明。他说“我有一把大人刮胡子用的废刀片,削铅笔很快,但是,刀片容易断,真可惜。
如果像图示那样,用鸟粪纸剪两个等腰三角形,中间挖一个矩形方孔,用三个鞋眼钉起来,把刀片夹在里边,就好用多了。”
这些小发明构思巧妙,少花钱,有实效,废物利用得多好啊!这种发明技法叫做废物利用法。废物利用法应用广泛,大有作为。这些小发明构思巧妙,少花钱,有实效,废物利用得多好啊!这种发明技法叫做废物利用法。废物利用法应用广泛,大有作为。
近些年来,随着各国工业的发展,公害已成为世人所关注的重大问题。由于大气、水源和土壤等环境污染日益加重,人类的健康受到严重的威胁,公害事件不断发生,生态系统也遭到破坏。为此,许多国家都专门制订了环境保护法,成立了专门的行政管理机构,同时加强了环境的监测和治理。
随着人类对环境污染的重视,又涌现出了一门新兴的学科——环境保护科学。环境保护工作包括两个面的内容:合理地利用资源,防止环境污染;在产生环境污染后,做好治理工作。
随着人们活动范围的扩大,活动后的废旧物料也越来越多。由于当代科学技术的发展,特别是化学、生物学的进步,发现许多废物旧料都是可以利用的,有些还是宝贵的东西。废旧利用技法(废物利用法)就是在这一过程中发展起来的一种创造发明方法。
回收废物既解决了环境污染又可以激励发明,这是一箭双雕的好方法。一种东西在一种场合下是废物,而在另一种场合下又是有用的物质,就看如何发明利用罢了。
废物利用法的关键是分析构成这种废物的物质是什么?这种物质的性质有哪些?再者,要观察废物的外形、结构,研究它可以 (1)在工业生产中,工业废物可以用来生产新产品。
例如,煤渣可以变成制造水泥的原料,也可以直接压制成煤渣砖。这就开辟了建筑工业材料的一个新来源。在日常生活中,物质生活越发达,生产的垃圾也越多。在美国的洛杉矶市,垃圾成灾。但人们把垃圾分成四类:可燃性垃圾、不燃性垃圾、厨房垃圾、动物尸体。经过这样分类收集,每天得到的厨房垃圾成了大约1万头猪的好饲料;每天多达400万吨的不燃性垃圾转给副产公司,用磁选机回收出100~1250吨铁屑,残余的废物用于填坑;可燃性垃圾送发电厂燃烧发电。 (2)二氧化硫是污染大气的主要有害物质之一
遭到二氧化硫污染的空气会刺激人的眼睛,损伤呼吸器官,有时还会引起某些疾病,另外还会损伤农作物。空气中二氧化硫的主要来源是含硫矿物冶炼及燃料的燃烧。
硫磺燃烧后污染了大气。从另一方面看,硫磺又是基本化工原料之一。它除了可以制造硫酸外,也可用来制造黑色火药、杀虫剂及焰火等。因此,设法从冶金和发电等行业中回收二氧化硫,既开发了资源,又减少了大气污染。为了除去烟气中的二氧化硫,有人发明了使用石灰的方法:让石灰与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙,然后加热至60~90℃,将空气吹入含亚硫酸钙10~15%的胶体溶液,从而制出石膏。为了除去硫,还有人提出了细菌噬硫法。
(3)废纸的量也很可观,过去只能付之一炬,既浪费了资源,又污染了大气。从世界范围来说,造纸工业所用的原材料大约90%来自木材,而世界森林的过量采伐己出现非常严重的后果。能不能利用废纸呢?能,废纸可用来做造纸原料。据统计,每回收一吨废纸,可节省纤维原料500~700千克、烧碱100~300千克、电400千瓦时、煤300~400千克、水100~300吨。为了充分利用废纸,人们提出了其他几种发明:丹麦有人发明了一种机器,可将废纸与其他物质混合,做成了“纸砖”。每一块0.5千克的纸砖可烧一小时左右。美国把旧纸币加式成细粉,