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—课程学习结业报告目录（1）概念和学科特点；（2）诞生和发展历程；（3）研究方向和内容；（4）研究方法、步骤；（5）仿生学应用实例12则；（6）课程学习体会。概念和学科特点仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔取自拉丁文“bios”（生命方式）和词尾“nic”（具有……性质的）合成的，他认为：仿生学是研究模仿生物系统方式，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的系统科学。一般认为，1960年全美召开的第一届仿生学讨论会是仿生学诞生的标志。概念和学科特点仿生学可以定义为：研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。仿生学需要生命科学、物质科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力学以及系统科学的交叉。仿生学的应用可涉及所有技术领域和大多数应用领域。诞生和发展历程自然科学的迅速发展，模仿生物创造出来的新仪器、新设备也日益增多。例如：雷达、响尾蛇导弹、电子计算机等。生物学、物理学、生物化学、控制论工程等学科相互关联、相互渗透，使仿生学上升到新的层次。远古时代人类处于农牧（渔）时代，人类的祖先模仿蜘蛛网编网捕鱼；受果实和瓢虫滚动的启发发明轮子……生存——自卫——竞争诞生和发展历程工业时代人们模仿植物和动物结构，创造新的建筑结构；模仿鸟的飞翔发明飞机；模仿人与动物发明机器人；模仿海豚发明潜艇……观察——灵感——模仿诞生和发展历程信息时代模仿人的运算发明计算机；模仿生物的信息传感……分析——启示——设计诞生和发展历程知识时代人们模仿生命的微观结构与功能;模仿生命的遗传与发育;模仿人脑的认知;模仿生命的协同进化;……………模仿——制造——创新诞生和发展历程广义理解—模拟生物（自然）创造人工制品•（1）生物：•动物（150多万种）、植物（40多万种）、微生物（10万种）•个体、组、群•整体、部分；组织、器官、系统研究方向和内容有利（2）模拟：有益有用于人类需求的，对人类社会有好处的范围：静、动层次：点、线、面、体、组、群形体（形状、构形）形态（形貌）结构材料过程行为功能其它研究方向和内容形体（形状、构形）人造的物体：（刻、画、照、摄、录…）、象形文字绘画象形文字剑鱼海豚雕刻体表：流线形研究方向和内容形态（形貌）人造花朵：艺术、塑、刻、雕…人造盆景人造刻花雕塑表面形态：非光滑、纹理研究方向和内容结构几何：欧氏几何（平面、立体、1，2，3维）、非欧几何（拓扑、分形、统计）物理：异相耦合、同相结构材料组成（成分）、组织、结构（宏观、介观、微观）研究方向和内容向日葵生物进化地球进化过程短：反应（快速）、动作（体育、武术）武术食虫草跳高长：生长（向日葵）研究方向和内容行为多类：a.摄食、躲避、防护；b.社会、个体；c.信息、交流主要以运动：有位移运动、无位移运动鱼鹰捕食海豹躲在浮游生物群中蜂群研究方向和内容功能物理：机械、力、声、电、磁、（脱附、减阻、耐磨、降噪）•化学：物化（自洁)、防腐、节能•自适应：自繁殖、自生长、自学习、自修复•生物学：新陈代谢、光合作用、固氮荷叶自洁外墙漆牛的新陈代谢植物的光合作用研究方向和内容（3）创造人工制品：创造性地设计与开发仿生技术制造仿生产品营造仿生系统建造仿生工程研究方向和内容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.第三阶段多次重复,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.研究方法、步骤仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点,就是整体性.从仿生学的整体来看,它把生物看成是一个能与内外环境进行联系和控制的复杂系统它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态.研究方法、步骤仿鲨鱼皮泳装鲨鱼皮表面形态仿鲨鱼皮泳装Dragreductionbasedondermalribletsonsharkskin.(Bechetetal.1997)基于鲨鱼真皮肋间肌的减阻仿生学应用实例1基于珍珠母的硬质陶瓷在结构仿生方面最引人注目的是软体动物的贝壳珍珠层层状结构的仿生。海洋贝类是由绝大部分的碳酸钙和极少量的有机质(一般少于5)所构成的有机—无机复合材料，贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是后者的1000倍。仿生学应用实例2基于昆虫飞行的飞行机制微型飞行器由于其体积小，有很好的隐蔽性和机动性，最适于在室内或野外小范围内进行侦察；也可以攻击载人飞行器及其它目标。将MFI用于气象数据收集、环境研究等方面，可大大减少费用。仿生学应用实例3基于蜘蛛喷丝头的挤出技术蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及高强纤维等强度相接近，但它的韧性明显优于高强纤维。仿生学应用实例4建立在荷叶表面的自清洁表面仿生学应用实例5“机械雨燕”微型飞机•当这架飞机飞过你的头顶，你恐怕还以为它是只不寻常的鸟或者蝙蝠。“机械雨燕”，正如它的名字，借鉴了鸟类中飞行极快的成员——雨燕的生物结构。这种装备了观测摄像头的微型飞机可以用来追踪研究鸟类，也可进行间谍活动。最巧妙的设计是迎风飞翔时它的“羽毛”可以像鸟类一样向后弯曲。仿生学应用实例6仿翠鸟鸟喙的新干线列车车头•翠鸟从空中迅速扎入水中，却不会制造出很大声响，这得益于它尖尖的鸟喙结构。这种形状激发了工程师和鸟类爱好者EijiNakatsu的灵感，用来解决日本新干线列车讨厌的毛病——当它高速经过隧道时，车头形成的风墙总会发出打雷一样的声音，而且还减慢了列车的速度。而将翠鸟鸟喙形状应用于列车车头，不仅解决了噪音的问题，还可以将列车燃料使用效率提高20%仿生学应用实例7这是由设计师FedericoChurba设计的一款台灯，是一款绝美的仿生设计，设计灵感来源于河边钓鱼的老翁，其形象为带草帽遮阳的老翁在河边钓鱼，就是这简单的形象，经过设计师的巧手，变成为了一件艺术的台灯。台灯顶盖原型便是老翁的草帽，创意新颖，艺术美观。“垂钓老翁”台灯设计仿生学应用实例8仿象鼻机器臂•随着电脑技术的发展，电脑控制的机械臂也越来越复杂和灵巧，开始向伸缩性和柔韧度的方向发展。德国工程公司Festo根据象鼻子的结构，创造了这种新式的机械臂，先进的设计能使它灵活地搬运沉重的货物，并进行伸缩和弯曲。仿生学应用实例9仿蝙蝠声纳导盲手杖•蝙蝠在一团漆黑的环境中却不会撞墙，这得益于它们生物体本身的声纳导航系统。这一物理原理对盲人导航手杖的发明提供了帮助。“超声波手杖”如同蝙蝠的声纳，会发出超声波，并通过感知超声波的反射发现障碍物。仿生学应用实例10鸟类头骨结构建筑材料•“头骨一般是质量很轻且耐冲击性极强的结构，因为它们保护着动物身上最重要的器官。这种性能和物理属性能够应用在建筑设计和结构上。”建筑师AndresHarris坚信这一点。他正在研究将动物骨骼，尤其是鸟类头骨结构应用在节能生物建筑材料上。他同样相信鸟类头骨结构可以应用在汽车构造上。仿生学应用实例11大象鼻子仿生喷壶设计U-CAN是由DianeDupire设计的一个喷壶，灵感来自大象的长鼻子。喷壶两侧还内置滚轮，抓住长鼻子即可拖行，容易从一个区域移动到另一个区域，不管是成人、儿童和老人使用都非常方便仿生学应用实例12课程学习体会这门课带领我们探索了大自然的奥秘,感受了生物与生物之间的联系,让我们感受到宇宙的无穷与奇妙,让我们更加明白人知识大自然的一部分,还有更多的生物与我们共存,并且,我们需要它们依赖它们,从而丰富我们的生活,让大自然和谐,美好。