搜索
源于生命灵感——仿生学报告一、目的意义自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。我们地球上的生命有着35亿年的发展历史，各种生物为了适应环境而发展并完善自身结构。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性质”的意思)构成的。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征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学。仿生学的意义在于：将生物35亿年进化的结果作为发明的参考；将35亿年演化形成的生物多样性作为技术方案选择的宝库；将35亿年演化形成的生态协调体系作为发展生态环境协调、可持续发展技术的宝贵教材。仿生学给了我们很多启示。我们介绍仿生学，有利于帮助同学们开拓视野、增长知识、学会创新。我们希望通过这次介绍，能够给予同学们些许启示、些许灵感，帮助同学们在科学的道路上越走越远。二、目标内容：我们希望通过这次介绍，能是同学们比较全面的了解仿生学的历史、概念、研究方法以及它在工程中应用的例子，并将着重介绍其工程方面的应用。力图是同学们对仿生学有比较全面的认识和理解，并得到部分启示和灵感。这次介绍，我们将着重介绍以下几个方面1.仿生学的历史2.仿生学的概念3.仿生学的研究方法4.仿生学在工程中的应用为了更好的锻炼我们每一位组员，我们对每一位组员的任务都进行了明确的划分，每人负责一部分内容。三、技术路线方法我们计划进行一次八分钟的演讲，每人负责2分钟。第一步，我们对演讲的内容进行了讨论，有的同学计划讲智能机器人，有的同学想讲现代前沿科技，有的同学想讲材料科学……进行了广泛而深入的讨论之后，我们想到了最近看的纪录片《大自然启示录》，感到感触颇深，于是一直决定向同学们介绍现代仿生学。第二步，我们对要介绍的仿生学的内容进行了认真而细致讨论，我们认为要使同学们比较深入的了解仿生学的各个方面，必须对其进行系统的介绍。所以我们初步认定了以下几个方面:仿生学的历史、仿生学的概念、仿生学的研究方法、仿生学在工程中的应用。第三步，我们进行了具体的分工并制定了详细的任务计划。具体分工见第四部分：人员分工组成。第四步，我们片进行了广泛而深入的材料搜集及整理过程，每个人负责一部分，最后在汇总整理。第五步，撰写总结报告，并总结心得体会。通过这次报告，我们每个人都得到了很好的锻炼。以下是我们介绍的主要内容：1.仿生学的历史仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多•达•芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。2.仿生学的概念仿生学(Bionics)模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学我们生活中有很多仿生学的例子：从苍蝇身上仿制成功小型气体分析仪，安装在宇宙飞船座舱里检测舱内气体的成分。从萤火虫到人工冷光；电鱼与伏特电池；3.仿生学的研究方法仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段：首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复，才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚上超过生物原型的能力。4.仿生学在工程中的应用这部分将着重介绍仿生学在工程的应用主要分为以下几个方面信息仿生控制仿生拟态仿生力学仿生化学仿生整体仿生仿生材料1.信息仿生：研究生物体与外界环境、生物体与生物体之间以及生物体内各部分之间的信息传递、接收、存储、加工及其机理，并用以研制具有类似生物系统功能的技术系统的一门新兴交叉学科。是仿生学的一个分支，也称感官仿生学。生物机构与外界环境、生物个体之间、生物体内各部分间的信息接收、存储、处理与利用的机理，以及将其移植于技术系统之中的方法，并最终制成类似于生物系统的计算系统和信息接收处理系统。其例子有：青蛙与电子蛙眼：青蛙捕虫的本领很大，当有小飞虫从它眼前飞过时，便一跃而起,总能准确地把虫抓住。但蛙眼对静止的东西，却“视而不见”。即使有苍蝇呆在眼前，也不会引起它的注意。科学家对蛙眼的结构进行了研究，发现它的里面有四种神经细胞，也就是四种“检测器”。它们的形状、大小、功能各不相同。青蛙在这四种神经细胞的作用下，能把一个复杂图像分解成几种容易辨别的特征，然后传送到脑的视觉中心，经过综合，就能看到原来的完整图像。人们根据蛙眼的视觉原理，研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。水母耳与电子耳模拟水母感受次声波的器官，科技人员设计出一种水母耳仪器，可提前15小时左右预报风暴。水母在进化过程中发展了一套预测风暴的本领，每当风暴来临前就游向大海避难去了。在海洋上，由空气与海浪摩擦而产生的次声波，总是风暴来临的前奏曲，次声波人耳是无法听到，小水母却很敏感。仿生学家发现，水母的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，小球内有块小小的听石。当风暴来临前的次声波冲击水母耳内的听石时，听石就刺激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。2．控制仿生：研究生物机体控制系统的结构与功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新型的自动控制系统。当前研究较多的是体内稳态、反馈调节、肢体运动控制、动物的定向与导航、生态系统的涨落和人－机合作。主要例子：1.蛇的红外探测颊窝是一个红外感受器，对周围温度变化极为敏感，能感受0.001℃的温度变化。这类蛇能在夜间准确判断周围恒温动物的位置2．蝙蝠与超声波3．蛾的反雷达技术反雷达技术使夜蛾死里逃夜蛾的反声纳技术主要归功于它的特殊的耳朵——鼓膜器。这种“耳朵”长在夜蛾的胸腹之间的凹处，它专门接收超声波信号，甚至连超声波信号的变化都能感觉出来。当蝙蝠还在离夜蛾30米远、5米高之处飞行时，夜蛾就能感知它所发出的微弱超声波信号，并能查明蝙蝠的距离和飞行特征的变化。夜蛾听到蝙蝠“叫声”后，趁着蝙蝠离自己还远，立即采取紧急措施，翻筋斗、兜圈子、螺旋下降这样就快速逃走了。4．动物的天然导航一些动物利用日月星辰导航，也有些动物利用海流、海水成分、地磁场、重力场等进行导航，为研制通讯设备和新型导航仪器提供启迪3．拟态仿生生物界中普遍存在着拟态，将拟态用于工程技术中去就叫拟态仿生4．力学仿生研究和模拟的是生物机体外部形态和内部结构的力学原理研究最多的是植物的茎、叶以及动物体形、肌肉、骨骼的结构力学原理和动物的飞行、游泳、血液循环系统的流体力学原理模拟形式：形体模仿、结构模仿常见种类生物与造船生物与飞机生物与建筑5．化学仿生研究和模拟的是生物体中的各类化学反应，包括酶学原理、选择性生物膜和生物结构的能量转换、生物发光、生物发电等。1.人工嗅觉嗅敏电阻是一类以SnO2为主体的金属半导体，它是一种表面效应很强的材料。6．整体仿生7．仿生材料仿生物膜细胞膜——流动镶嵌模型脂双层形成框架；蛋白质镶嵌其中；具有动态特点人工膜的特点:化学组成和厚度与天然膜相似：能有效地分开两种不同的水相；具有结构和化学两侧不对称性，易于操作，能用来研究膜的向量功能（如传递等）。四、人员组成分工为了更好地完成此次项目，我们进行了细致的分工其中：1.##：完成了任务的规划设计及分工，并且由他负责第一部分仿生学的仿生学的历史、仿生学概念、仿生学的研究方法的材料收集整理及演讲。并完成了这部分的ppt制作2.##：由他负责第二部分仿生与工程技术中的信息仿生、控制仿生两个子版块的材料整理及演讲。并完成了这部分的ppt制作。并且由他完成了最后ppt的汇总及整理3.##：由他负责第三部分仿生与工程技术中的拟态仿生、力学仿生两个子版块的材料整理及演讲。并完成了这部分的ppt制作。4.##：由他负责第四部分仿生与工程技术中的整体仿生、仿生材料两个子版块的材料整理及演讲。并完成了这部分的ppt制作。5.本报告：由###执笔起草，***、***、***参加了讨论并提出了宝贵建议并进行了完善修改。五、时间安排4月22日——4月23日：完成了初期的讨论。4月24日——4月28日：完成了材料整理及ppt制作。5月8日：进行演讲汇报。5月22日——6月1日：完成本报告。六、创新点与关键技术我们这次报告有以下几个创新点：1.完美结合仿生学历史、现状与发展前景。能给人以创新的启示与思考。系统而详细的介绍了仿生学这门模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。2.着重介绍仿生学在工程技术上的应用，形象而具体。我们都知道“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索、去实践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验，所以古今中外的教育家无不重视兴趣在智力开发中的作用。所以，我们着重激起同学们对仿生学的兴趣，在同学们以后的科研、学习过程中能仔细观察身边的自然环境并从中得到启示。3.力求做到理论与实践相结合。此报告汇集了仿生学的理论知识与最新实践成果，完美做到了理论与实践的统一，相信会然同学们进入一个科学的殿堂。七、心得体会通过这次报告活动，我们锻炼了自己信息规划的能力，我们逐步开阔了视野，增长了才干，并在社会实践活动中认清了自己的位置，发现了自己的不足，对自身价值能够进行客观评价。这在无形中使我们对自己的未来有一个正确的定位，增强了自身努力学习知识并将之与社会相结合的信心和毅力。八、参考文献1.《神奇的仿生学》（德）马廷·策尔西文，（德）埃贝伦尔哈德·埃门图，徐小清译湖北教育出版社2.《仿生学的科学意义与前沿：仿生学的意义与发展》路甬祥