仿生科技概論小書

機械101 E14989032 蔡信威

仿生科技上課內容及感想

仿生科技期中作業

仿生科技上課內容及感想

這堂課除了學習一些有關仿生科技的知識之外，更重要的一點在於學習將我們自己所學的知識，利用好的表達方式，像是短片，廣播稿和海報等等，讓即使是不同領域的人也能了解我們想傳達的訊息。

仿生科技上課內容及感想

仿生案例－壁虎

壁虎能在牆上自由行走的原因在於，其腳掌上有著約１０００萬根的小 剛毛，因此人類也想藉著模仿其腳掌上的剛毛特徵來達到人類飛簷走壁的夢 想，現在已經有許多科學家研究出類似壁虎掌的特殊壁虎貼布，除了能夠緊 密的貼附於牆上，當拔起時也不會在牆面上留下痕跡，就像壁虎在牆面跑動 時一樣，並不會留下足跡，而我們日常生活中也有著類似壁虎腳掌的東西， 像是魔鬼霑。

人類的幻想

壁虎腳掌

腳掌上剛毛結構

從仿生壁虎案例可知，在發展仿生科技時，須先了解其功能性，像是壁虎有著能夠快速吸附，快速脫離的特性，其剛毛有著匙凸狀且傾斜，能有效增加接觸面積，所以了解生物特性在仿生科技來說是非常重要的，如此一來才能有效的達到訪生的目的，學習生物的優點。

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其他仿生的生物特性

蓮花－出淤泥而不染的特性在於其葉片表層，有著奈米微粒的小球凸起，這些凸起小纖毛使的汙泥和水分子不容易沾附，這種自潔功能，在許多生活用品上都可以運用，如馬桶。

白蟻－白蟻窩，運作原理和「煙囪」相似，蟻 窩裡四處都有小孔，白蟻們在蓋時會預留一條 路口，其作用在於當熱空氣上升時，蟻穴會和 外界形成壓力差，使得空氣流入蟻穴，利用氣 流平衡使的溫度不劇烈改變，蟻穴的結構可以 運用在人類建築上，因為空氣的對流，達到節 能的目的。

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＞人類的建築通常都是乾燥且僵硬的，而自然界中的建築通常是柔軟而潮溼的。 ＞管狀棒較實心棒更能承受彎曲，像自然界中的竹莖一樣。 ＞皺褶結構能夠增加材料的強度，自然界中也常常看到類似結構，如貝類的殼。 ＞合成：生物科技較重視 分析：工程師叫重視 ＞ｌｏｇ ｓｃａｌ的目的在於方便記錄各個尺度的大小。 ＞小型動物不停的吃東西來保持體溫。 ＞質量和體積大的飛機，飛的較小鳥快。

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白努力原理 (½)*d*v^2+d*g*h+p=const. v=流動速度 g=重力加速度 h=流體處於的高度（對於某參考平面） p=流體所受壓力 d=流體密度

定理假設(Assumptions) ＞定常流(或稱穩定流，Steady flow)：在流動系統中，流體在任何一點之性質不隨時間改變 ＞不可壓縮流(Incompressible flow): 密度為常數，在流體為氣體適用於馬赫數(M)<0.3 ＞無摩擦流(Frictionsless flow): 摩擦效應可忽略，忽略黏滯性效應 ＞流體沿著流線流動(Flow along a streamline):流體元素(element)沿著流線而流動，流線間彼此是不相交的

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＞自然界中很少有平面存在 ＞彎曲，翅脈，縱向的皺摺，在自然界中皆可增加強度 ＞汽車的圓弧設計可以強化結構 ＞“直角”對人類來說是不可或缺的，但在自然界中很少存在 ＞“機構”為可動的，“結構”不可動

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＞第四代拍翼機已經有辦法達到輕量化最佳設計，也有辦法達到量產的設計。 ＞蜂鳥的八字型拍翼能使他們停留在空中。 ＞蜻蜓為四片翼。 ＞蜻蜓較難有仿生的研究，因為不好觀察，也很難被飼養。 ＞拍翼機除了能用在軍事用途上，也可以用在醫院的監控系統，摘難搶救等等用途。

＞生物在飛行時可以很平穩，因為擁有肌肉，但機器因為沒有肌肉，很難達到飛行平穩。 ＞四台高速攝影機，每秒拍１０００張，用來觀測鳥類的振翅運動。 ＞拍翼機的優點在於高效率，低噪音，低汙染，所以仍有許多發展空間。 ＞路上哺乳類動物，其腳掌的肉墊會隨著生物體的變大而加厚。

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＞使用能量的目的：１。生物成長２。化學合成３。加熱身體４。神經傳導５。電線之間傳達。 ＞一切能量之來源，“太陽”。 ＞能量轉移：兩種機械裝置取得能量的途徑，光合作用位於核心位置。 ＞功率：使用能量，作工的快慢程度。 （力＊距離）／時間＝力＊速度。 ＞效率： （輸出能量）／（輸入能量）。 ＞引擎分為： １。外燃機：蒸汽機 ２。內燃機：汽車引擎 ＞自然界引擎：水力，風力，籤毛。

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＞保特磚利用回收的報特瓶製成，為六角形。 ＞組裝時利用卡榫。

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上完這學期的仿生設計概論之後，吸收到了很多不同類型的方生概念，除了比較新潮的仿生概念，像是壁虎貼布等等，也改變了我對仿生的認知，原來仿生的設計事實上已經在我們的生活中處處可見了，像是衣服的纖維是模仿蠶絲等等，上完這門課之後，讓我對仿生概念有了更多更廣的瞭解，因為自己是念機械系的，所以也希望在未來的研究所生涯中，能夠有效的帶入這些仿生的概念到自己的研究中，我也從老師播的影片中，意外的看到自己未來的老闆“葉哲良”教授接受訪談，希望以後的研究生生涯可以跟老師好好的研究仿生這門學問。

期中仿生作業

其中仿生作業

海豚是海中的藍色精靈，其優雅的身型和有效率的游泳方式，自古以來，都啟發了人類對他的好奇，想試著藉著模仿他們來使人類的生活能更加便利，從現代的交通工具常常都可以看到模仿海豚的影子，像是流線型的汽車，飛機，電車和船等等，皆模仿著海豚的流線型身形，以達到降低阻力並提升交通工具的速度及效率。

仿生科技構想-海豚皮膚模仿

其中仿生作業

而海豚能夠如此迅速游泳的原因有兩個，一個是流線形的身體，另一個則跟他的皮膚構造有很大的關係，但現在的交通工具則比較少應用其皮膚溝造的特性來達到降低阻力，筆者覺得若能將其皮膚的特性也應用在交通工具上，應該可以更有效的降低阻力提升速度，以下先來大致介紹其皮膚構造。

其中仿生作業

在了解皮膚構造之前，我們先來瞭解甚麼是紊流和層流，當液體或是氣體在流動時會產生這兩種流，層流為相當平順的，較不會產生太多的阻力，紊流為雜亂的，也是產生阻力的主要原因，舉例來說，拜拜時用的香，煙在往上飄的過程中，一開始方向是相當一致的且平順的，此為層流，但越往上的煙才開始方向不一致且雜亂無章，此為紊流，而海豚的皮膚構造分為兩部分，最外層為表皮，完整無縫且細緻柔軟，很光滑且具有彈性，不吸水且對壓力相當敏感，能隨著周圍水壓作變化運動，實際上就像一層對壓力敏感的膜，由於紊流會產生不均勻的壓力，其表皮能夠達到緩衝的作用，藉著表皮的形變，傳播紊流的壓力變化，把紊流轉變成層流，大大的降低水的阻力。 第二層為真皮組織，為海綿狀結構，有許多凸起，而凸起之間充滿了液體，而當表皮受到壓力時，此液體的分泌會增加，由於此液體具有疏水性，因此能夠降低和水流之間的摩擦，達到降低阻力的目的。

層流 紊流

海豚皮膚構造

其中仿生作業

仿生想法在於，若能研發出類似海豚皮膚的鍍膜並且鍍在路上的交通工具表層上，因為路上交通工具是大眾最常使用的，如一般房車等等，這層鍍膜能夠大大的降低阻力，並提升引擎效率，也能達到省油的功效，降低排碳量，除了以上優點之外，也可以應用海豚皮膚表面容易形變的特性在這層鍍膜上，可以利用特殊的壓電材料製作此鍍膜，當車子行駛時，因為空氣壓力使得鍍膜產生微小型變，而當形變發生時，便會產生電力供給汽車使用，並和燃油兩種能源交互使用，達到環保的效果，除了汽車外，也可以在風力發電機的葉片上加裝此種仿生鍍膜，除了可以降低葉片在轉動時的阻力，也能夠因為鍍膜受到風的壓力時產生的形變，進一步的產生出額外的電力，以上為筆者所構想出的仿生設計概念。

其中仿生海報作業