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仿生科技与新材料|2022年广州院士专家校园行|走进广州市花都区新雅街新雅小学和雅校区

来源:广州市科学技术协会 发布时间:2022-11-21 浏览量:2373

飞机与鸟类的关系

潜艇与鱼类的关系

同学们知道吗?


人类科学技术的发展

很大程度上来说是仿生学推动的

从飞机到潜艇

都是科学家模仿自然界动物发明而成

11月16日下午

2022年广州院士专家校园行

邀请广东工业大学陈海燕副教授

以“仿生科技与新材料”为主题

为花都区新雅街新雅小学和雅校区的学生

做了一场线上科普讲座

专家介绍


陈海燕,博士,广东工业大学副教授,英国谢菲尔德大学访问学者。硕士导师,长期从事材料表面技术、金属腐蚀与防护和电子钎焊材料等的研发。主持广州市对外科技合作项目、广东省自然科学项目,以及横向项目25项。获广东省科学技术三等奖1项。获中国有色金属工业科学技术三等奖1项;公开发表50多篇学术论文,12篇SCI收录,13篇EI收录,拥有7项授权发明专利和6项实新授权专利。社会兼职:广州市科技局专家库成员;广州市科普名师。主要有四个研究方向:金属材料的表面技术电子封装材料焊接技术以及材料腐蚀与防护

讲座内容

从字面上来理解,“仿生”意思就是模仿生物。自然界的生物跟我们人类相比,有很多我们人类没有的特殊本领,如天上的小鸟、海里的鱼群等等,人类可以通过模仿这些生物的特殊本领,利用它的原理创造出新的技术或者是新的设备。而仿生材料也是据此诞生的,我们通过模仿生物的特性进行开发,赋予材料特殊的性质。

屏幕前的陈教授通过一系列的例子让同学们对“仿生学”有一个更深入的认知:

通过模仿蝙蝠的翅膀,我们创造出蝙蝠翼侦察飞机


通过模仿燕子的翅膀现状,我们创造出飞行速度非常快的飞机


通过研究壁虎爪子上的褶皱原理,我们得到了应用广泛的吸盘;


武汉大学运用树蛙爪子的六边形纹理,利用高分子材料混合制成了一种很好的胶水。


通过陈教授列举的这些例子,仿生研究可以总结为三个阶段:

第一阶段是对天然生物结构和功能的认识和感知

第二阶段是对天然生物特点和性能的研究

第三阶段则是仿生设计和仿生材料研发

科普小课堂


陈教授也为大家盘点了一些

日常生活中随处可见仿生学的应用成果

昆虫机器

昆虫机器人可完成基本机器人无法实现的工作,如搬动物体,搜索排查细微结构的故障,军事侦察地震救灾等。未来的无人机和军用机器人都将逐渐“昆虫化”,进行侦察活动,让敌人难以发现。


对于昆虫机器人,我们第一个要模仿的便是蚂蚁。蚂蚁具有小巧灵活等特点,最重要的是它们能搬动比自身体重大100倍的物体。

水流仿生减阻装置和材料

海洋生物在漫长的岁月中进化出效率很高的游动机构表面微结构,它的表面摩擦阻力压差阻力都相当低。因此,通过结构仿生学的研究,可设计出水下减阻设备和材料。


科学家根据海豚流线型体形皮肤特点,找到一种接近海豚皮肤的人造材料用于潜艇表面,仿制的“人工海豚皮”还模仿鲇鱼表面分泌的粘液,制成高分子材料,用来涂在潜艇上,可减少阻力,使潜艇的航速成倍提高。


模仿鲨鱼皮肤表面粗糙的尖齿状皱褶而制成的泳衣,可以大大减少水流的摩擦力。

高强仿生材料

我们平常看到的蜘蛛丝一碰就断,但那也仅仅是一根蜘蛛丝,只有纳米级尺寸。蛛丝比人类的头发细1000倍,蜘蛛丝比同样粗细的钢丝强度高5倍。


专家认为蛛丝超级伸长能力使它断裂时需要吸收更多的能量,理论上可以使射弹更有效地减速。在未来,如果把它用于防弹衣,会起到极好的消力作用,对破碎作用是一种很大的障碍。

超疏水疏油材料


荷叶表面有微米尺度的乳突结构,每个乳突上面和乳突之间的表面有许多绒毛,这种特殊的结构和表面植物蜡的共同作用,赋予荷叶“出污泥而不染”的自清洁特性。


应用一:沙漠集水器。带波浪的侧面增大了接触面积,能更容易“捕获”空气的小水滴,采用超疏水材料使露水不“粘附”在表面,水一滴一滴地流入水槽中。


应用二:轮船防腐蚀的材料,利用超疏水的材料,不让一些海洋生物吸附在轮船底部,防止对船身造成损伤。

应用三:应用特殊的超疏水材料,可以制成耐脏的白鞋与衣服。

陈海燕教授的精彩分享展示了仿生研究中的神奇之处,即使讲座线上举行,同学们认真听讲,做好笔记,沉浸其中。


科技是国之利器

教育是国之重器

少年是国之未来

此次科普活动

培养了同学们对科学的兴趣

将科学的种子撒在了同学们心里


广州院士专家校园行项目

广州院士专家校园行项目,是广州市科学技术协会和广州市教育局专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动。通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座,让青少年与科学大师亲密接触。收获知识的同时,感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。

自2017年3月活动开展以来,该项目先后邀请了包括欧阳志远、陈景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16位院士在内的110多位不同领域的科技工作者,为18万多的中小学生开展科普讲座553场,深受学校和广大师生的欢迎。

来源|科普广州