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仿生学简介仿生学简介一．仿生学的历史二．仿生学的定义三．仿生学的研究方法四．仿生学的研究内容五．展望仿生学简介仿生学的历史中国古汉文中的已经蕴涵了仿生的思想象形文字是指纯粹利用图形来作文字使用，而这些文字又与所代表的东西，在形状上很相像。“鸟”字就是模仿一只有嘴，有翅膀和脚的飞鸟“马”字就是模仿一匹有马鬃、有四条腿，还有尾巴的马“林”字就是两棵大树并行排列，代表茂密的树林相传在公元前三千多年，我们的祖先巢氏模仿鸟类在树上营巢，以防御猛兽的伤害根据秦汉时期史书记载，两千多年前，我国人民模仿鸟类飞行发明了风筝，并且应用于军事联络甚至武器仿生学简介仿生学的历史在春秋战国时期，据《韩非子》记载鲁班用竹木模仿鸟类做的木鸢“成而飞之，三日不下”。鲁班在实践生活中从一种能划破皮肤的带齿的草叶中得到启示而发明了锯子仿生学简介仿生学的历史我国古代劳动人民还通过对水中生活的鱼类的模仿，伐木凿船，用木材做成鱼形的船体，仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹，由此取得水上运输的自由。仿生学简介仿生学的历史橹板通过左右摆动，船便随之前进，就像鱼在水中靠其尾部的摆动而前进。实际上，橹板在水中摆动时，产生了前后压力差，从而形成船体前进的动力。十五世纪时，达·芬奇对鸟的飞行进行了长时间的观察，并通过解剖研究鸟的身体结构，设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。仿生学简介仿生学的历史达·芬奇还通过齿轮和机械杆作为驱动装置，制作了第一款人型机器人，可以做些挥舞胳膊，转动头部甚至开合下颌的动作。一八ОΟ年左右，英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利，模仿鱼和鸟的纺锤形，找到阻力小的流线型结构，设计制造了滑翔机。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线，对航空技术的诞生起了很大的促进作用。仿生学简介仿生学的历史1782年，瓦特发明蒸汽机引起第一次工业革命，在工业技术方面基本上解决了能量的转换和利用等问题。随后，人们经历了电气时代并向自动化时代迈进。20世纪40年代，计算机的问世，人们把计算机和自动装置相结合，使得人们可以更准确地调整和控制生产程序。但是，自动装置是按人们制定的固定程序进行工作的，其控制能力具有很大的局限性。这时人们发现生物界能给人类提供有益的启示。仿生学简介仿生学的历史仿生学简介仿生学的历史45亿年前地球形成38亿年前生命出现生物经历了低级—高级；水生—陆生；简单—复杂的演化，现在仍在演化中。生物的启示具有七大特征：物质组成成分的同一性；生命的严密组成和高度的秩序性；新陈代谢现象，可以与外界进行物质和能量的交换对环境的应激能力，使生物适应环境变化生长，繁殖特性不断演变和进化的能力具有庞大的物种数：已知的约有200万种，算上已经绝灭的生物（1500万种），至少有1700万种。仿生学简介仿生学的历史生物的启示为仿生学提供丰富的生物模型仿生学简介仿生学的历史1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯自动控制与统计力学等一系列的问题上都是一致的。1947年，一个新的学科——控制论产生了。控制论（Cybernetics)是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制论的创始人之一维纳给予控制论的定义是“关于在动物和机器中控制和通讯”的科学。控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统内有某些共同的规律。控制系统就是一部信息通道的网络或体系。对于人来说，我们身体内恒定的体温、正常的血压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制论成为联系生物学与工程技术的理论基础，成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。当生物学和工程技术学通过控制论结合在一起，互相渗透就孕育出仿生学。仿生学简介仿生学的历史1960年，由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地召开了第一次仿生学会议。Steele首先提出“Bionics”（仿生学）这一科学命名。这个名词来源於希腊文“Bio”，意思是「生命」，字尾“nic”有「具有……的性质」的意思。他认为「仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特徵的方式、或是以类似於生物系统方式工作的科学」。仿生学仿生学是研究生物系统的结构和性质为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学简介仿生学的定义积分符号（数学模型）解剖刀（生物）电烙铁（工程技术）仿生学符号仿生学符号第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志仿生学简介仿生学的定义生物体生物模型数学模型技术模型技术装置仿生学简介仿生学的研究方法第一阶段－生物学研究阶段（基础研究阶段）根据工程技术系统的目标、任务而采用各种方法去研究生命系统中与此目标或任务相关的结构与功能。在生物学自身的基础研究成果中选取富含对工程技术有所启迪的内容。第二阶段－建立数学模型阶段（理论研究阶段）通过对基础研究阶段所获资料的分析、综合判断、建立数学模型、提出基础理论、揭示特定规律。第三阶段－建立实物模型阶段（应用研究阶段）根据前二阶段研究成果，模拟和仿效生命系统，进而研究、设计、制造具体的、有效的物理模型。仿生学简介仿生学的研究方法仿生学是一门生命科学、数学、化学、物理学、工程学、系统科学、控制论、信息论等相关学科的整合学科。仿生学的研究内容：力学仿生分子仿生能量仿生信息与控制仿生仿生学简介仿生学的研究内容仿生学的研究内容力学仿生力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质力学仿生的研究内容植物的茎、叶以及动物体形、肌肉、骨骼的结构力学原理动物的飞行、游泳、血液循环系统的流体力学原理表现形式：形态仿生、结构仿生仿生学的研究内容力学仿生形态仿生中国功夫里的仿生形意拳最为形象猴拳，模仿机灵的猴子，动作灵敏善变蛇拳，模仿形体柔软的蛇，动作刚柔并济，快速灵活螳螂拳，模仿昆虫螳螂，力量集中在两个前臂、刚毅机智电影《功夫熊猫》虎拳，主要模仿林中之王-老虎，动作非常有力量鹤拳，原称“白鹤拳”，模仿白鹤，最知名的招式就是“白鹤亮翅”。瑜珈里的仿生姿势仿生学的研究内容力学仿生形态仿生树叶摇摆式鹰式鸽子式猫式眼镜蛇式仿生学的研究内容力学仿生形态仿生动物的拟态与保护色机制用于军事伪装设备枯叶蝶变色龙仿生学的研究内容力学仿生形态仿生生物与造船2004年，在新西兰奥克兰港，罗布·英尼斯驾着他发明的“仿生海豚船”在水中畅游，这正是通过模仿海豚典型的流线形体型，来减少在水中航行的阻力仿生学的研究内容力学仿生结构仿生生物与造船虎鲸潜艇鲸鱼和潜艇的“鲸背效应”核潜艇能长时间潜航于冰海之下，但若在冰下发射导弹，则必须破冰上浮，这就碰到力学上的难题。潜艇专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪，在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面，作了加强材料力度和外形的仿鲸背处理，取得了破冰时的“鲸背效应”仿生学的研究内容力学仿生结构仿生生物与飞机蜻蜒的翅膀虽然很薄，但没有因为长距离飞行而因振颤折断翅膀的现象，这是原于蜻蜒翅膀末端前缘的“翅痣”起到了保护翅膀的作用。于是，飞机设计师模仿蜻蜒翅痣为飞机的机翼装上了加厚区或配重，杜绝了机翼因振颤而折断现象。仿生学的研究内容力学仿生结构仿生生物与建筑北京2008年奥运主体育场“鸟巢”形象展示了北京奥运是绿色奥运、科技奥运、人文奥运三大主题分子仿生：模拟在微观的分子层面上生物大分子的功能分子仿生的研究内容：研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。仿生学的研究内容分子仿生仿生学的研究内容分子仿生昆虫中发现的多肽抗生素1970年代，发现了独角仙幼虫能制造抗菌蛋白，这种抗菌蛋白具有广谱抗菌活性，对细菌有很强的杀伤作用，而且不会像常规抗生素出现抗药性仿生学的研究内容分子仿生性信息素：同种某一性别，在性成熟后，发放微量物质用以招引同种异性个体寻味前来交配的信息素。昆虫性信息素被广泛用于害虫管理信息素（pheromone）同种个体之间相互作用的化学物质，能影响彼此的行为、习性、乃至发育和生理活动诱捕器仿生学的研究内容分子仿生电影《女人不坏》中周迅示演女医生，通过尿液提取费洛蒙制成贴片附在身上，成功的在吸引异性中实现了分子仿生狗和“电子狗”仿生学的研究内容分子仿生狗的嗅觉神经和脑神经直接相连,嗅觉神经密布于鼻腔,其嗅觉的非常灵敏电子狗是由一种表面效应很强的材料SnO2作成的“气—电”传感器，当它吸附气体时会发生电子交换，可以起到非常灵敏的检测效果。蛋白分子磷脂分子镶嵌蛋白跨膜蛋白(形成通道)跨膜蛋白仿生物膜化学组成和厚度与天然膜相似，可以完成的物质的交换和传递。仿生学的研究内容分子仿生血液透析所使用的半透膜厚度为10－20微米，膜上的孔径平均为3纳米，所以只允许分子量为1.5万以下的小分子和部分中分子物质通过，而分子量大于3.5万的大分子物质不能通过。能量仿生，模仿生物体中的能量转换过程能量仿生的研究内容：研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等过程仿生学的研究内容能量仿生仿生学的研究内容能量仿生19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。对电鱼的解剖研究发现在电鱼体内有一种发电器官，由半透明的盘形细胞构成许多电板，电鳐电板有200万块，电鲶有500万块。单个电板产生的电压很微弱，但多个电板产生的电压就很大。伏打电池单个电板产生的电压很低，但它用纸板把锌板和铜板隔开，一连串的电板就能发出高电压。电鲶电鳐电鱼与伏打电池萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%。模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量。仿生学的研究内容能量仿生乌贼素有“海中火箭”之称，它在逃跑或追捕食物时，最快速度可达每秒15米，它把储藏在前腹部的水从的喷水管急速向后喷射出去，产生向前的强大的推力。船舶设计者根据乌贼这种巧妙的喷水前进的反冲原理，设计制造了一种喷水船。采用这种喷水推进装置具有速度快、结构简单、安全可靠等优点。仿生学的研究内容能量仿生乌贼与喷水船信息与控制仿生，是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面在生物体中的信息处理过程仿生学的研究内容信息与控制仿生蛙眼神经节细胞有4种：边缘侦察器、昆虫侦察器、事件侦察器、光强减弱感受器，这四层特征就好像在四张透明纸上的画图，迭在一起，就是一个完整的图像。依据蛙眼分别抽取图像特征的工作原理而制造的电子蛙眼，能够把特定的目标清晰地从强背景噪声中区分出来。仿生学的研究内容信息与控制仿生青蛙与电子蛙眼颊窝响尾蛇的颊窝是一个红外感受器，颊窝内部有一层薄膜，将颊窝分隔成内、外两室。内室保持与环境相同的温度，外室则朝着发射红外线物体的方向。因此，颊窝膜两面的温度差使得响尾蛇对周围温度变化极为敏感，能感受0.001℃的温度变化。美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。它是利用硫化铅作红外敏感元件，接收飞机机尾喷管发出的波长为1—3微米的红外辐射流，引导导弹从飞机尾部进行攻击。响尾蛇空对空导弹仿生学的研究内容信息与控制仿生蛇的红外探测飞行中的蝙蝠超声波声音反射波蛾根据蝙蝠的回声探测器制成雷达、供盲人使用的“探路仪”和“盲人眼镜”仿生学的研究内容信息与控制仿生蝙蝠与雷达仿生学的研究内容信息与控制仿生第一代机器人（可编程及示教再现）按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业的机器人（实用，主要用于搬运，喷漆，点焊等）仿生学的最高境界：机器人是集合了机械、电子、自动控制、运动学、彷生学、神经网络、材料科学等众多学科综合应用的产物第二代机器人（感知机器人）带有如视觉触觉等外部传感器，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。仿生学的研究内容信息与控制仿生双脚步行机器人HondaASIMOJapan2001AIBO第五代ERS-72003科学家们刚刚创造了一台新的机器人“Jules”，它利用人工智能(AI)软件控制，能够诠释出全世界最棒的机器人脸部表情与令人惊叹的对话能