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國家地理仿生科技大揭密:科學家如何模仿動物構造與自然特徵,創造不可思議的新發明

Beastly Bionics: Rad Robots, Brilliant Biomimicry, and Incredible Inventions Inspired by Nature

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  • 優惠期限:2020年11月04日止
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內容簡介

  象鼻機器手臂、龜殼防彈背心、蝴蝶太陽能板、仿珊瑚水泥、河馬防晒乳……現代科技這些令人瞠目結舌的創新發明,構想全部都是來自一套最高明的範本--那就是我們的動物界!

  本書以一目瞭然的精采圖片對照,讓小朋友輕鬆了解,有哪些動物界的驚人設計,成為了學家解決問題的靈感!

  貓科動物卓越的夜視力,象鼻強大的負重能力,鳥喙的空氣動力形狀--許多動物都擁有非凡的特徵或能力,能讓我們借用來解決問題,改善世界,這就是仿生科學家在做的事:如何以自然界的聰明設計來開發人類需要的技術。目前我們已經可以用仿生機器人來作為輔具或蒐集資料,這類生物科技上的突破也成為科學家的強大工具,有機會在再生能源和醫藥等領域上取得進展。

  ★拜動物為師,看現今世界中有哪些師法自然界,並得以突破性發展的仿生科技!
  ★收錄多張全彩圖片,搭配詳盡文字,介紹40多種仿生科技的超強應用!
  ★仿生科技如何改變我們的生活,自然界的動物用身體實證科技的可能!


  仿生學是21世紀的熱門學科,已經發展出許多令人大開眼界的技術,成為新世代應用科學的一大助力。許多今天最新、最厲害的科技突破,其實是科學家向自然界學來的。

  《仿生科技大揭密》以驚豔的照片,直接呈現動物仿生學的概念由來,並依照應用目的分成四大類:1)解決問題或是進行新研究、2)發展輔助用機器人、3)產生能源、4)開發醫藥和救傷輔具。書中把這些技術各是受到哪些動物的啟發,透過照片和圖解建立很強的連結,讓小讀者可以輕鬆了解這些技術是怎麼來的,某種動物有什麼特點吸引仿生工程師的注意,以及為什麼能解決某些問題。

  你知道科學家已經開發出形狀像大象鼻子的仿生工具,可以用來幫忙搬動重物嗎?你知道翠鳥的尖嘴激發日本工程師改變新幹線「子彈列車」的設計,以減少噪音嗎?在很多研究領域和解決問題的方法中,科學家都轉往仿生學尋求解答,也就是向生物學或自然界尋找工程開發的靈感,以實現各種令人讚嘆的技術進展。

  從可保護人體的機器人到各種與日常生活相關的發明,如馬路的反光鏡和飛機的防冰塗層,到新的可再生能源,本書深入探討了自然界如何為我們提供改善世界的想法,透過40多項以動物為藍本的技術發明實例,讀者不但可以了解這些動物的不可思議之處,也可以認識這些科學家的發明背後的絕妙巧思。
 

作者介紹

作者簡介

珍妮佛·史旺森(Jennifer Swanson)


  從小就對科學有異於常人的熱愛,寫作生涯始於五歲,為自己的幼稚園班級寫過好幾本圖文並茂的書。已出版非文學和文學類童書超過40本,她的科學原理系列 How Things Work獲《書單》雜誌(Booklist)評選為2012年十大青少年書籍,並得到各界好評,包括《書單》雜誌的星級評論、學校圖書館員工作坊( School Librarians Workshop)與《圖書館傳媒》雜誌( Library Media Connection)的推薦評論,以及書蟲獎(Nerdy Book Club award)。史旺森的著作充分反映了她對科學的熱愛,尤其是獲加州閱讀協會頒發「Eureka!榮譽獎」的《腦力大挑戰》(Brain Games,國家地理學會出版),以及介紹奈米技術在運動器材上的應用的Super Gear: Nanotechnology and Sports Team Up(Charlesbridge出版),曾獲美國科學教師協會提名為2017年最佳STEM圖書與2017年傑出一般圖書(Outstanding Trade Book)。

譯者簡介

徐仕美


  臺灣大學植病所碩士,曾任遠哲科學教育基金會編輯、天下文化科學編輯,目前是自由譯者。有《大腦解密手冊》、《記憶的盡頭》、《發現科學:親近植物》、《小學生圖解科學辭典》等譯作。
 

目錄

前言

第一章:仿生解決方案

拯救生命的機器蜘蛛
一種動物,多重創意:蜘蛛狂熱
鳥喙子彈列車頭
少了一隻腳的海星
龜殼防彈背心
減震啄木鳥
鬼蝠魟救難隊
驚人的蛙皮
蝙蝠快遞員
發明背後的故事:貓眼帶來的好靈感

第二章:仿生好幫手
象鼻科技
頭足動物偽裝術
巨蚺夾爪
一種生物,多重創意:搶盡鋒頭的蜂
近距離觀察:熊蜂仿生學
以假亂真的魚
會爬樹的機器尺蠖
環境友善的蟻丘式建築
模仿海豚交談的海嘯感測器

第三章:仿生能源
太陽能蝴蝶
無聲飛行的貓頭鷹
發明背後的故事:省力的鯨魚
螢火蟲燈泡
同步飛行的雁
捕捉霧氣的甲蟲
仿珊瑚水泥
噴射企鵝
一種生物,多重創意:鯊魚皮的超級能力

第四章:仿生醫療
蛞蝓手術黏膠
幫助聽覺的蠅
河馬防晒乳
靈巧章魚手
黏住傷口的棘頭蟲
一種生物,多重創意:飛簷走壁的壁虎
近距離觀察:眼睛說明了一切
接骨蠕蟲
抗菌蟬
追蹤癌細胞的水母

結語
名詞解釋與延伸閱讀
圖片出處
索引
 

前言

  聽到「仿生」這個詞,可能會讓人聯想到生化機器人身上的部位。但其實所謂的仿生學(bionics)──是從「生物學」(biology)和「電子學」(electronics)這兩個詞結合而來──研究的絕不只是製造機器人的肢體而已。這是一門師法生物或自然界的工程學。

  往自然界尋找靈感是很有用的!舉例來說,你如果需要製造能在平地上長途移動的機器人,就去研究能做到這件事的動物。袋鼠能夠跳躍前進一段很長的距離,也許派得上用場。為了做出機器袋鼠,你要了解袋鼠的移動方式,牠怎麼蹲低、然後蹬起來跳向空中。接下來,你要想出怎麼用齒輪、馬達、金屬和塑膠材料,模仿這種動作。這個難題可不小,不過有工程師真的在2014年創造出一具會像袋鼠那樣跳躍的仿生機器人。

  這種仿生學參考的是真實袋鼠的動作,叫做「仿生擬態」或「生物模仿學」,意思是「模擬生物的設計」。仿生學不只用於機器人的研發,還有很多領域的研究都會用到,例如建築、交通、能源、醫藥、農業,甚至通訊。自然界已經解決過人類遇到的一些難題,因此是尋求協助的好地方。

  想想看用途有多少!你可以根據海豚的溝通方式,建立海嘯預警系統。你可以模仿壁虎,爬得又快又高。或者複製出沙堡蠕蟲分泌的黏膠,用來快速修復骨折。這些都是正在進行中的創新研究,聽起來是不是很有趣?是的話,我們馬上就來瞧瞧一些厲害的仿生研究成果,靈感都是來自神奇的動物喔!

  這本書充滿五花八門的仿生學發明,每一項發明都拆解成以下這幾個欄目,分別說明其中的內容:
  神奇動物──作為靈感來源的驚人動物特點
  設計難題──工程師需要解決的挑戰
  仿生原理──整體說明這類科技的基本研發概念
  補充構想──在這項科技中加入了哪些原來動物沒有的功能或用途
  深度探討──和這項科技有關的延伸知識
  你知道嗎?──和這種厲害的動物有關的迷人真相

  這本書用到的三個仿生相關術語
  仿生學(bionics):研究怎麼仿效自然來創造現代科技。
  仿生擬態(biomimicry):指模仿自然界的設計。由代表「生物」(bio)的字首和代表「模擬」(mimesis)的字尾結合而成。
  生物模仿學(biomimetics):研究如何以生物的構造和功能作為模型來發展新設計。
 

詳細資料

  • ISBN:9789869956307
  • 規格:精裝 / 96頁 / 22 x 26 x 1.34 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 適讀年齡:8歲~12歲
 

內容連載

拯救生命的機器蜘蛛
 
神奇動物
蜘蛛

 
這類有八隻腳的生物可以任意四處遊走,而且體型夠小,能夠進入很小的空間。蜘蛛的腳有靈活的關節,幾乎可到達任何地方。蜘蛛的腳上還有細毛,讓牠能攀附在天花板和牆壁上。
 
設計難題
 
建築物倒塌之後,當務之急是讓救難人員搜尋可能受困在裡面的人,而且要快。但問題是:搜救小組怎麼知道哪裡可以找到倖存者?而且有的建築物大得不得了!民眾或動物可能困在裡面的任何地方。如果搜救小組擁有某種工具可以爬進瓦礫堆之中,提供內部影像,這樣會很有幫助。受損的建築物也可能很危險。正在崩塌的牆壁,還有煙霧和塵埃,都可能使搜救人員受傷,變成被拯救的對象!這時機器人就可以派上用場,說不定還可以幫搜救人員找出安全的通道,讓他們穿過建築物時不會造成另一場崩塌。有哪一種機器人能在這種高風險狀況下幫得上忙呢?幸好有蜘蛛,讓工程師想出了解決方法。
 
仿生原理
 
工程師針對這項任務設計機器人時,遇到的大挑戰是要把它做得夠小又靈活,而且能輕鬆繞過障礙物。這種機器人必須可以自行到處移動,此外還要能靠電池運行,不需要接到電源插座。工程師認為,蜘蛛會是很棒的動物模型。
 
打造有許多活動零件的機器蜘蛛並不容易,畢竟蜘蛛有八隻腳,每一隻腳各自能轉動、彎曲、伸長。蜘蛛的每一隻腳有七節,由微小的關節連接起來。蜘蛛移動時,需要輸送類似血液的液體穿過關節。這使得蜘蛛可以動用每一隻腳的不同部位。
 
蜘蛛走路時,除了運用到關節,而且總是會有四隻腳同時著地。兩隻腳往前伸,另外兩隻腳從後方推動。然後輪到抬起來的四隻腳放回地面,進行上述的步驟。蜘蛛在迅速爬過地面時,一直重複這種模式。
 
為了讓機器蜘蛛走路,工程師需要編寫成千上萬行的電腦程式碼下達指令,告訴機器如何運用它的腳。這包括升高腳內的壓力,指示人工鉸鍊控制相似關節的開合。這種過程讓機器蜘蛛的腳可以像真實蜘蛛的腳一樣伸展。機器蜘蛛比真實蜘蛛的尺寸來得大,因為必須把閥門、壓縮機、控制單元都裝到它的身體裡。儘管這樣,這些有很多腳的機器到了沙漠現場仍然很有用。
 
補充構想
 
機器蜘蛛配備有攝影機和感測器,可以傳送回各種資訊,例如位置和潛在危險的警告。
 
 

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