仿生学的发展(第5-8节)
仿生学研究的进展和前景
仿生学研究的进展和前景当我们观察自然界中的各种生物时，我们会发现它们的形态、结构和运动方式都非常精密而高效。
仿生学是一门学科，通过模仿这些生物来研发能够模拟它们的机器人和其他技术。
仿生学的研究范围非常广泛，涵盖力学、机械工程、生物学、材料科学和电子工程等领域。
随着技术的进步和研究的不断深入，仿生学在各种领域的应用也变得越来越广泛。
一、仿生学在机器人领域的应用仿生学在机器人领域的应用最为广泛。
因为大自然中的各类动物，如鸟类、昆虫等，都有自身独特的运动方式和适应环境的特性。
如今的人们也能够仿造这些特点，赋予机器人对不同环境的融入能力。
比如稳定性较强的六足机器人就是借鉴了昆虫的运动方式，可以在不平坦的地形上行进，它的运动方式适应于充满难题的搜索和搜救行动。
二、仿生学在航空航天领域的应用仿生学在航空航天领域的应用也十分广泛。
研究发现，鸟类的翅膀结构是非常适合在高空中飞行的。
基于这一发现，科学家开发出了仿生翅膀，不仅在飞机上被使用，而且还被用于开发具有热隐形性的导弹。
这些仿生翅膀不仅质量更轻，而且因为复制了鸟类行为，所以更加节能。
此外，在火箭发动机的组装过程中出现的问题，也可以通过仿生学来解决。
科学家们以赤螳螂为模板，发明了采用进口器运行的喷气发动机。
三、仿生学在医学领域的应用仿生学在医学领域也有很多应用，其中最明显的就是医学器械的仿生制造。
例如仿生耳机，不仅重量轻并且能够有效滤除噪音。
同时仿生学还被用于研究生物学问题，帮助人们更好地理解人体的机理以及疾病。
四、仿生学在材料科学中的应用仿生学在材料科学中的应用范围也非常广泛。
仿生设计的产品可以被用于改善建筑和基建的安全性和性能，例如从虎蛇的鳞片中得到启示，设计了一种能够抵御子弹和爆炸的新性材料。
另外，仿生学也可以用于开发一些适合特定环境的材料，例如在火山喷发的环境中运作的材料。
五、仿生学的未来随着各种新兴技术的涌现，仿生学的研究也会变得更加广泛且有效。
学科的深度和广度也会呈现出不停地拓宽。
小学科学仿生学知识点总结
小学科学仿生学知识点总结1. 什么是仿生学仿生学是研究生物体结构、功能和过程的科学，以及将这些知识应用到工程和技术领域中去的学科。
它旨在模仿生物体的结构和功能，以解决工程和技术领域中的问题，例如设计新型材料、开发新型机器人等。
2. 仿生学的意义仿生学可以通过研究和模仿生物体的结构和功能，解决工程和技术领域中的问题。
它可以帮助人们设计出更有效的产品和技术，提高生产效率，改善人们的生活质量。
3. 仿生学的应用仿生学在工程和技术领域有着广泛的应用，例如：- 设计新型材料：通过研究生物体的结构和性能，人们可以设计出具有特定功能的新型材料，例如仿生材料、超级材料等。
- 开发新型机器人：仿生学可以帮助人们开发出具有生物体特征的机器人，例如仿生机器人、智能机器人等，用于各种工作和任务。
- 仿生设计：人们可以通过仿生学的理念，设计出更符合生物体结构和功能的产品，例如仿生建筑、仿生飞行器等。
4. 仿生学的知识点仿生学涉及的知识点很多，主要包括以下几方面：- 生物体的结构和功能：研究各种生物体的结构和功能，了解它们在自然界中的作用和特点。
- 生物体的适应性：研究生物体在不同环境下的适应性，了解它们的适应策略和机制。
- 生物体的运动和行为：研究生物体的运动和行为特点，了解它们在生存和繁衍过程中的行为规律。
- 仿生技术：研究如何通过仿生学的理念，设计出更符合生物体结构和功能的产品和技术。
5. 仿生学的发展随着科技的不断进步，仿生学领域也在不断发展。
未来，仿生学领域可能会有如下发展趋势：- 新型材料的研发：随着对生物体结构和性能认识的不断深入，人们可能会开发出更多具有特定功能的新型材料。
- 仿生智能机器人的研制：随着人工智能技术的不断发展，可能会出现更加智能的仿生机器人，用于各种工作和任务。
- 仿生产品的应用：人们可能会设计出更多以生物体为蓝本的产品，如仿生建筑、仿生交通工具等，提高人们的生活质量。
总的来说，仿生学是一个充满挑战和机遇的领域，将会对我们的未来产生深远的影响。
【生物课件】仿生学
仿生学的研究内容
力学仿生
结构仿生 生物与造船
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”
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
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。
仿生学的研究内容
能量仿生
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
电鱼与伏打电池
电鲶 电鳐
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。
仿生学简介
仿生学的历史
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。 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。
仿生学
仿生学的发展历程摘要：自古以来，勤劳的人类就在不断地适应和改变这个环境，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。
劳动创造了人类，人类也通过劳动创造了美好的现在，不断地劳动促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展，这也使得人类的能力和智慧远远超过生物界的其他类群。
人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。
人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领，由此诞生了仿生学。
仿生产品已经运用到了人类生活的各个方面，极大促进了社会发展。
关键词：仿生，观察，思考，模仿（一）仿生学的历史由来地球上存在的亿万种生物，经过千百万年的进化、发展而来，这使得生物体的某些部位具有最可靠、最灵活、最高效、最经济的能力，为人类的效仿提供了无穷尽的资源。
其实仿生一直伴随着人类，早在几千年以前勤劳的炎黄子孙就开始了观察，模仿自然界其他生物来制造工具为人类服务。
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浆，效仿鱼类，极大改进了船只的效能。
春秋战国时代(公元前450～500年),鲁班上山伐木,途中手指被茅草划破,他仔细观察叶片上的毛刺，从中得到启发,经反复试验,终于制成了人类史上第一把锯……但是这些模仿在人类历史上也只是星星点点，运气占很大成分，限于时代科学技术的落后，使得人类无法了解身边生物的形态构造和生理机能，以至于无法形成一门独立的学科。
而真正意义上的现代仿生学诞生的标志是1960 年美国人斯蒂尔根据拉丁文构成Bionics一词，同年在美国俄亥俄州达顿城(Dayton)的一个空军基地召开了全美第一届仿生学讨论会。
美国军医Jack Ellwood Steel博士,给这门新兴的学科起了一个名字叫做bionics(仿生学)，并给它下了这样一定义:“仿生学是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”,即仿生学就是“模仿生物的科学”[1]。
仿生学概论概要
７.蝙蝠与雷达
生物特性：蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，
既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，
但是塞住蝙蝠的双耳、封住它的嘴后，它们
在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，斯
帕拉捷提出了一个使人们难以接受的结论：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蝙蝠能用耳朵与嘴“看东西”。它们能够用
嘴发出超声波后，在超声波接触到障碍物反
射回来时，用双耳接收到。
《仿生学概论》
课程结业报告
姓名：JLMK 班级：机械112 学号：2011071156
仿生学及其应用
仿生学是研究生物系统的结构和性质以及工程技术 提供新的设计思想及工作原理的科学，是涵盖生物 电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、 生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。 主要是研究和建立一类人工系统，使之具有生命系 统的某些特性。
仿生学的研究内容： 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就 包含着成千上万的种类，它们具有各种优异的结构和功能 供各行业来研究。自从仿生学问世以来的二十几年内，仿 生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。就其 研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿 生等。 仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即 动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在 机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来，近些年 又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿 生学等。
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。
仿生学的应用概述 ：实例
1.海豚皮肤
生物特性：
海豚的皮肤很柔软，皮肤外层生有无数中空突起， 游泳时，整个皮肤表面能按水的紊流作波浪起伏， 变得和水波的形状一致，这就减少90%的水的 摩擦阻力。所以，海豚那种具有特殊组织的皮肤， 是它游泳速度快的主要原因。
仿生学的发展和应用
仿生学的发展和应用近年来，随着科学技术的突飞猛进，仿生学作为一门新兴学科，受到越来越多人的关注。
仿生学的研究范围广泛，涉及生物学、物理学、化学等多个领域。
其核心思想是借鉴自然界中生物的形态、结构和功能，从中寻找创新的灵感，开发出更加先进和实用的科技产品。
仿生学的发展历程仿生学的研究由来已久，早在古希腊时期，就有人通过对自然界的观察和实验，尝试模仿生物的形态和行为。
而现代仿生学的发展始于20世纪50年代。
当时，美国科学家乔治·韦尔奇（George Wald）提出了仿生学这一概念，并成功地研制出了人造类视紫红质，从而开启了仿生学的发展之路。
此后，越来越多的研究者投身于仿生学的研究中，不断探索生物技术与人工技术的结合点，开创了一个新的研究方向。
仿生学的应用领域仿生学的应用范围广泛，包括智能材料、机器人、医疗保健等多个领域。
智能材料方面，仿生学研究者通过模仿生物的运动方式和结构，成功开发出了一系列具有自我修复、自动感应、自我适应等功能的智能材料。
这些材料可以应用于建筑、航空等领域，减少因材料损坏而导致的事故和损失，极大地提高了生产效率和产品质量。
机器人方面，仿生学的技术被广泛应用于机器人的设计和制造中。
仿生学的研究可以帮助机器人更好地模仿生物的运动方式和结构，使其具备更加灵活、高效的动作能力，适用于复杂多变的工作环境。
例如，目前市面上有一些仿生机器人可以模仿昆虫的运动方式，在草地上自由穿梭，适用于农业作业和环境监测等多个领域。
在医疗保健方面，仿生学的技术也被广泛应用于手术和治疗等方面。
仿生学的研究可以帮助医生更好地模仿生物的结构和运动方式，采用微创手术技术，降低手术难度和风险，同时也可以设计出更加安全、舒适、适应患者需求的假肢和辅助器具，为残疾人士提供更好的康复服务。
仿生学的未来发展随着人们对仿生学的研究和应用逐渐深入，仿生学将有着广阔的未来发展前景。
在智能材料方面，研究者可以将仿生学和纳米技术相结合，研发出更加精细、高效的智能材料，实现人与物质的无缝衔接，推动智能工业的发展。
仿生学概论概要课件
生态仿生
通过模仿生物体的生长和演化过程，实现建筑与环境的和谐共生。例如，模仿森 林生态系统的建筑设计，实现自然通风、采光和能源利用；模仿湿地生态系统的 城市规划，改善城市环境和生态平衡。
航空航天
飞行仿生
通过研究鸟类和昆虫的飞行机制，开发更加高效、安全和可靠的航空航天技术。例如，模仿鸟类翅膀结构和飞行 机制的飞机机翼设计，提高飞行效率和安全性；模仿蜻蜓翅膀的无人机设计，实现更灵活的飞行和悬停。
域的知识和技能。
未来发展方向与趋势
更高级的仿生材料
随着材料科学的进步，未来将 开发出更高级、功能更丰富的 仿生材料，用于制造更高效、 可靠的仿生装置。
个性化医疗与定制化仿生 装置
随着个性化医疗的兴起，未来 的仿生装置将更加定制化，以 满足患者的特定需求。这涉及 到生物信息学、基因编辑和其 他相关技术的综合应用。
增强现实与仿生学的结合
结合增强现实技术，未来的仿 生系统将能够提供更直观、自 然的交互体验，提高用户的舒 适度和适应性。
人工智能与仿生学的融合
通过人工智能技术的引入，仿 生系统将能够更好地适应环境 变化和用户需求，提高系统的 智能化水平。
对人类社会的影响与价值
改善生活质量
仿生学的进步将有助于开发出更先进的医疗设备 和辅助器具，改善人们的生活质量，减轻疾病和 残疾带来的负担。
蜻蜓复眼的仿生应用
总结词
蜻蜓复眼的结构独特，能够快速捕捉移动的物体和变化的光线。在仿生学中，蜻蜓复眼被用于制造高精度的传感 器和监视系统。
详细描述
蜻蜓复眼的仿生应用主要表现在制造高精度的传感器和监视系统方面。通过模仿蜻蜓复眼的构造和工作原理，科 学家们开发出了多种传感器和监视系统，用于军事、航空航天、安全等领域。这些设备能够快速、准确地捕捉目 标，提高探测效率和精度。
仿生学的发展与前景展望
仿生学的发展与前景展望引言随着科技的进步和人们对自然的探索，仿生学逐渐成为了热门领域之一。
仿生学是一门跨学科的科学，旨在通过模仿生物体的结构、功能、行为等特征，来设计出更加复杂、智能的机器设备。
本文将探讨仿生学的发展历程、现状以及未来展望。
理论基础——生物学和物理学仿生学是生物学和物理学的交叉领域。
生物学研究生命现象的各种层面，包括生物的结构、功能、行为以及进化过程等；而物理学则研究物质的基本原理，包括物质的结构、力学、电磁学等。
因此，仿生学的理论基础主要来自这两个学科。
生物学为仿生学提供了许多可供应用的技术。
例如，仿生机器人的“眼睛”就是获得视觉信息的传感器，仿生机械手臂的“手指”则可以借鉴生物细胞的神经元的连接方式。
同时，生物学也为仿生学提供了大量的灵感。
例如，仿生机器人的爬行模式可以模仿蠕虫，仿生机械手臂的柔性设计则可以借鉴象鼻的结构。
物理学则为仿生学提供了理论支持。
例如，仿生机器人的运动控制主要来源于力学和运动学理论，仿生机器手臂的灵活性和稳定性则主要来自于物理学的刚体和柔性物体的理论。
因此，物理学为仿生学的工程实现提供了坚实的理论基础。
仿生学的发展历程仿生学起源于上个世纪五十年代。
当时，世界上第一个仿生机器人诞生了。
这个仿生机器人的名字叫做“艺朮”。
这个机器人可以像蝗虫一样飞行，可以爬行在极端环境下，例如火山口、坑洼等。
艺朮作为世界上第一代仿生机器人，其机体结构和行为模式的设计均参考了生物体的结构和行为模式。
这个机器人的成功启示了人们，在工程设计中利用生物学原理进行创新的方向。
截至目前，仿生学已经发展成为了一个跨学科领域，同时也成为了一个研究热点。
在仿生学的发展历程中，科学家们进行了大量的实验和探索，创造出了许多有趣的东西。
例如，仿生机器人、仿生纳米机器、仿生软体机器人等。
仿生学的现状随着科技的进步和仿生学的研究深入，仿生学的应用范围不断拓展。
跨学科的合作也已成为了科学家们的一种必要合作方式，这使得仿生学这个领域朝着更广阔的发展前景持续前进。
仿生学的发展ppt课件
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仿生学的含义
仿生学广义的理解是：仿生学这门学科研究生物系统各种各 样 的特征（包括物质、能量、信息等），作为模拟对象逐步改 善现代 技术设备并创造新的工艺技术。
仿生学狭义的理解是：仿生学是研究生物接收、传递、加工 信 息的方法及其机制。作为模拟对象，设计各种各样自控机的 科学。
科学与技术创新的动力与源泉
科学：反映现实世界的客观规律的知识体系。 科学研究的动力与源泉来自于：
求知欲、好奇心（事实）； 事物变化规律的探索（规则）； 新方法、新工具与新问题。
科学的目的是求知和求真。
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科学与技术创新的动力与源泉
技术的目的在于满足需求和市场的竞争。 其动力与源泉来自： 源于人们实践经验累积与创造欲望； 源于科学发现引发的技术创新，创造的新工艺、新方法、新产品
、 新体系； 源于对自然界生物结构、功能、行为以及相互作用的学习与
模 仿； 源于需求与市场竞争的推动。
学习自然，运用规律——发明与创造 24
科学与技术创新的动力与源泉
科学与技术固然性质与目标不同，但它们仍有共同 和相关之处：
都源于人的创新欲望； 都源于对自然和社会的认知和学习； 科学与技术互为条件，互相促进； 都受到社会需求、社会环境、社会文化的制约和推动。
雕塑
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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）
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过 程
短：反应（快速）、动作（体育、武术）
ห้องสมุดไป่ตู้
食虫草
跳高
仿生学
[仿生学]仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。
大约从1960年才开始使用。
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。
例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。
可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。
仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。
苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。
可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。
这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。
苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。
“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。
这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。
“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。
自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。
从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。
仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。
【人类仿生由来已久】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。
仿生学及其应用
第1节 前 言
5、仿生学的研究范围
经过大自然千百万年的精雕细琢，生 物体结构与功能的优异之处是数不胜数的。 家猫黑夜捉老鼠，老马千里识返途，骆驼 数里能闻水，候鸟万里年年飞。因此，仿 生学的研究内容极其广泛，无论是宏观的， 还是微观的，整体的还是局部的，无论是 结构还是功能，只要生物系统比技术系统 有明显的优点，值得人们去模仿，都是仿 生学的研究内容。
颊窝de位置
第3节 控制仿生学
4、蝙蝠与超声波----蝙蝠的捕食
声音反射波 蛾
飞行中的蝙蝠 超声波
第3节 控制仿生学
5、蝙蝠与超声波----蝙蝠的回声定位
超声信号被反射
第3节 控制仿生学
6、蝙蝠的回声探测器----蝙蝠的声纳信息处理原理
脑
参考波刺激
接受器
发送器
载有信息 的超声波
发出的 超声波
第3节 控制仿生学
７、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，这些为 研制通讯设备 和新型导航仪 器提供启迪。
第3节 控制仿生学
８、动物的天然导航
千里迁徙
万里洄游
第4节 拟态仿生学
1、定义：生物界中普遍存在着拟态。拟态是生物 体对环境适应的一种方式，它是指动物的体色与 环境色泽相似，或没有抗敌害能力的动物长得像 有“本领”的动物而“以假乱真”，以躲避天敌 或成功捕食。将拟态原理应用于工程技术就叫拟 态仿生。拟态仿生在军事中应用广泛。
生物仿生学的发展
生物仿生学的发展仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
在自然界亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物，每种生物都拥有神奇的特性与功能，能够在复杂多变的环境中生存下来，因此通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物特性和功能，将极大提高人类对自然的适应和改造能力，产生巨大的经济效益。
仿生学包括如下几个方面：一、结构仿生、结构仿生是通过研究肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的机械电子装置，通过结构相似实现相近的功能。
比如说机器鱼模仿真正的鱼的身体结构来达到同样的效果甚至以假乱真。
二、材料仿生、机器人技术的发展同时也对构建机器人的材料要求越来越高，比如要求材料既要柔软又要高强度高韧性并且还能对外界的刺激有一定的反应，因此从人的皮肤的功能角度来考虑材料的制作，于是出现了仿生的电子皮肤。
三、功能仿生、功能仿生的目的是使人造的机械具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知、运动操作等。
四、控制仿生、模仿高级动物的神经系统机理实现控制的方法，比如人工神经网络和模糊控制算法。
从生物的角度用生物的思维方式来思考、学习、和控制。
五、群体仿生、随着科学技术的发展机器人面临着更加复杂的作业环境，比如机器人生产线、柔性制造加工、消防灭火甚至进入战场进行作战，这些都要各个机器人个体进行协调密切的配合，于是就从自然界的蚂蚁和蜜蜂等生物群中寻找方法。
纵观机器人的发展，从简单的个体机器人，到群体劳动机器人，以及将来要达到的类似人类的智能机器人，在这过程中都遇到了各种各样的难题，而最终都将从自然界找到理想的答案，正所谓大自然是最好的老师，人类通过对自然界的学习最终一定会实现人工智能的梦想，因此机器人仿生学的道路必定还很漫长。
仿生科学与工程培养方案
仿生科学与工程培养方案第一节仿生科学与工程概述1.1 仿生科学与工程简介仿生科学与工程是一门新兴的跨学科学科，它涉及生物学、工程学、计算机科学等多个学科领域，旨在通过模仿生物系统的工作原理和机制来解决工程和技术问题。
仿生学源于对自然界中生物体结构和功能的深入研究，而仿生工程则试图将发现的生物学原理应用到实际的工程领域中，以改善和创新现有的技术和产品。
1.2 仿生科学与工程的发展历程仿生科学与工程是近年来兴起的一门新兴学科，但它的发展历程可以追溯到古代。
古人在研究自然界中的生物体结构和功能时，就已经开始了仿生的探索。
然而，现代仿生科学与工程的概念最早可以追溯到20世纪40年代，当时生物学家和工程师开始意识到生物系统中存在着许多优秀的设计和结构，并试图将这些优秀的生物系统应用到工程领域中。
1.3 仿生科学与工程的研究内容仿生科学与工程的研究内容包括生物仿生、结构仿生、功能仿生、机器人仿生等多个方面。
生物仿生是研究生物体的形态、结构、功能以及生物体与环境的相互作用。
结构仿生是通过对生物体结构的模拟和仿造，在工程设计中实现轻量化和高强度等技术目标。
功能仿生是通过模仿生物体的功能特性，实现技术产品的性能优化和创新。
机器人仿生则是希望通过模仿生物体的运动机理和智能控制，实现机器人系统的自主性、适应性和灵活性。
1.4 仿生科学与工程的应用领域仿生科学与工程的应用领域非常广泛，涉及到生物医学工程、材料科学与工程、航空航天工程、机械制造工程、环境科学与工程等多个领域。
在生物医学工程领域，仿生科学与工程可以帮助医生设计和制造更安全、更有效的医疗器械和器件，如仿生心脏瓣膜、仿生义肢等。
在材料科学与工程领域，仿生科学与工程可以帮助研发更轻、更强的材料，如仿生纳米材料等。
在航空航天工程领域，仿生科学与工程可以帮助设计更高效的飞行器和航天器，如仿生机翼、仿生火箭等。
在机械制造工程领域，仿生科学与工程可以帮助设计和制造更灵活、更智能的机器人系统，如仿生机器人、仿生传感器等。
仿生学技术的进展及应用
仿生学技术的进展及应用随着科学技术的不断发展，人类在不断突破自身智慧的局限，向着更高深的科技领域迈进。
其中，仿生学技术的发展可谓是一个亮点，不仅取得了重大进展，而且应用范围越来越广，已经渗透到了生活、工业、医疗等各个领域。
本文将就仿生学技术的进展及应用谈一下自己的看法。
一、仿生学技术的发展历程先来简要介绍一下我们所说的“仿生学技术”——该技术是基于生物学原理，通过模仿自然界中的生物，从而设计出具有相似特性的机器人、工程设备。
早在20世纪初，人们就已经试图仿生学技术应用于工业领域，最早目标就是仿生机器人。
起初，仿生机器人只是单纯的实验，而随着技术的不断进步和社会需求的增加，仿生机器人成为了一类重要的工业设备。
另外，仿生学技术正在逐步渗透到其他领域，如医疗、环保、可持续发展等。
二、仿生学技术在医疗领域的应用随着人口老龄化问题的日益严重，人们对于医疗领域的需求也变得越来越高。
仿生学技术的应用在这一领域显得尤为重要。
例如，仿生眼睛的开发可以帮助失去视力的患者重新获得视觉。
仿生耳朵的开发则能够帮助听力有问题的人重新听到声音。
此外，仿生假肢也可以帮助那些失去的肢体重新得到活动的机会。
这些发展如此成功的仿生产品的背后，需要医学、工程学等领域的专家团队共同研究、开发。
三、仿生学技术在工业领域的应用工业领域一直是仿生学技术最早应用的领域之一。
以仿生机器人而言，它们可以通过生物学的原理，更好地完成很多高难度的任务，如危险的工业生产、海底工程、无人机等等。
而在汽车领域，仿生学技术也得到了广泛的应用，例如仿生风阻技术，可以减少汽车在行驶中所遇到的空气阻力的大小，极大降低汽车油耗和汽车尾气排放。
四、仿生学技术在生态领域的应用生态问题也是近年来人们十分关注的问题。
仿生学技术在生态领域的应用，可以帮助我们更好地保护自然环境。
比如，通过仿生的方式，让建筑物的房顶可以进行绿化，同时，建筑物的房顶还可以吸收空气中的CO2，发挥减少空气污染的作用。
仿生学在现代科技中的应用及发展趋势
仿生学在现代科技中的应用及发展趋势随着科学技术的不断发展，更多的学科领域也在不断涌现。
其中，仿生学就是一个在近些年得到了广泛关注和研究的新兴领域。
通过对自然界的观察和研究，仿生学在现代科技中已经有了诸多的应用。
本文将介绍仿生学的基本概念、在现代科技中的应用、发展趋势等方面。
一、什么是仿生学？仿生学，即生物学性状工程学。
它是一种研究自然界中生物的特点和生理机制，以及将这些特点和机制应用于人工系统中的学科。
换句话说，仿生学就是将自然界中的各种生物的结构、功效等特点进行研究、分析，最终将这些特点运用到机器制造、医学、生物学等领域中。
二、仿生学在现代科技中的应用1、仿生材料的制备自然界中有很多材料都具有独特的机械、化学等性质。
比如，蜘蛛网、贝壳等都是天然的材料，却拥有良好的抗冲击、耐久性等特点。
在仿生学的理念下，科学家们开始对这些材料进行深入的研究，以期获得更加优秀的材料。
2、仿生机器人的研制仿生机器人，即通过仿生学的理念，研制出的可以模拟生物外形、运动等特点的机器人。
仿生机器人的研制可以为工业生产、探测等领域提供便利，尤其在危险环境中，这种机器人可以替代人类进行危险的工作任务。
3、仿生感知器的研究仿生感知器可以模拟生物的感知能力，如视觉、听觉、嗅觉等等。
这种仿生感知器必将在智能机器人、医学等领域中具有广泛的应用前景。
4、仿生智能材料的研究仿生智能材料指的是可以根据环境变化自我调节的材料。
比如，将光敏材料与化学感应材料组合，就可以制作出具有对光敏和化学突变反应能力的智能材料，进而为探测、自动控制等领域提供实用性解决方案。
5、仿生医学的研究仿生医学的研究可以为人类疾病的治疗提供新的路径。
例如，仿生心脏研究可以为心脏病的治疗、心脏移植等领域提供新思路和方法。
仿生生物学的理念也可以应用在仿生义肢开发中，提高残障人群的生活质量。
三、仿生学的发展趋势1、交叉学科成为重要趋势随着仿生学的不断发展，越来越多的学科领域开始与之交叉，如机械制造、生物医学、生命科学等。
仿生学在机器人领域的应用与发展
仿生学在机器人领域的应用与发展随着科技的进步，机器人技术得到了飞速的发展。
人们利用机器人研究解决问题的同时，越来越多的学科与领域也开始涉入到了机器人研究领域，其中的仿生学更是成功地将生物学和机器人学结合起来，广泛应用于机器人研究中。
本文将从应用、发展两个方面探讨仿生学在机器人领域中的作用与前景。
一、仿生学在机器人领域的应用1. 动力学仿生学应用仿生学是通常是指模仿生命体的形态、动态或其行为方式来解决问题。
在动力学仿生学领域，研究的是动物体内运动的基本机理，特别是那些运动非常灵活的物种如「猴子」、「蜜蜂」、「鱼类」等的运动机理，将这些动物的运动机理应用于机器人上达到更优秀的性能表现。
比如最近Sony公司推出的「Aibo」（在线擅自销售）模拟的就是「普通的宠物狗」的运动特征，通过大量的运动分析「仿真出」逼真动作。
2. 生物物理仿生学应用生物物理仿生学则是将一些生物体的呼吸、血管系统、光敏和声敏系统等生物体的物理特性由机器的材料、电气等方面表达出来。
如甲壳类生物壳之后的干燥与防晒原理，已经被应用于超级计算机领域中复杂加速器处理后的问题预防。
细胞之中涌现出来的自组织性和微观影响，被直接地应用于机器人纳米设备的发展过程中。
3. 神经元仿生学应用另外，对于神经元仿生学，研究围绕着创建类似于人类大脑皮质中神经元结构。
所谓的「AI人脑计划」(Human Brain Project)就是利用仿生学的方法来破解早期人脑的机制，然后从中获取AI开发架构的灵感。
二、仿生学在机器人领域的发展现在，仿生学已经被广泛地应用在机器人中，但是它的启用没有大范围化加快或创造出显著的成果。
另外，仿生机器在整个机器研究中放缓了身为一个重要分支仿生学的发展。
主要原因是仿生学尚未达到和真实生态系统相同规模的器官与系统，并且表现出来的行为不是非常坚强与疏密。
此外，仿生学也存在很多受限因素，例如技术、资源、预算等。
这些限制在一定程度上间接影响并掣制了仿生机器的发展。
第六章仿生学
青蛙的视觉系统
4种神经节细胞 边缘侦查器 昆虫侦察器 事件侦察器 光强减弱感受器
由透镜(晶状体)在视网膜上形成光学图 像后，经过视细胞、双极细胞、输出细胞 (神经节细胞)而送往大脑中枢。
2、水母耳与电子耳
“水母耳”风暴预测仪
三、控制仿生
.蛇的红外探测
.蝙蝠与超声波 .蛾的反雷达技术 .动物的天然导航
系
结 构
智能接 口硬件
硬件
3、生物计算机
特点 ：
•能制成超高密度的线路； •能使生物本身固有的自我修复机能得到 发挥 ，即使芯片中出了故障本身也能修复 ， 从而使它成为一种具有永久性的不出故障元 件； •只要用少量的能量就能工作 ，不存在发 热问题。
七、整体仿生
智能机器人
机壤中提取气体
2、智能计算机组成
\\\
自 然 语 言 语 音 图 形 图 像 信 息
人机接口
知识库 管理软件
求解问题 推理软件
智能 接口软件
编内 译核 系软 统件 等（ ）智
能 操 作 系 统 、
软件
知识库
并 硬件
行
处 理
推理机
体 硬件
四、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。
动物的拟态与保护色
章鱼的伪装术
坦克的迷彩着装
坦克的迷彩着装
三色迷彩的德国“豹”I坦克在电视成像下的效果
五、力学仿生
.生物与造船
.生物与飞机 .生物与建筑
1、生物与造船 ① 体形的模仿
“复仇号”帆船
鱼 雷
俄罗斯海军新型核潜艇
1、蛇的红外探测
颊窝
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。
仿生学概念及其演变_岑海堂
仿生学概念及其演变3岑海堂1,陈五一2(1.内蒙古工业大学机械系,内蒙古呼和浩特 010051; 2.北京航空航天大学机械学院,北京 100083)摘要:仿生学是一门综合性边缘学科。
在分析了仿生学概念演变的基础上,论述了仿生学的重要特征,指出了仿生学的研究方法和步骤,并对仿生学学科组成简要作了介绍。
关键词:仿生学;仿生学特征;仿生学组成中图分类号:TP12 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2007)07-0001-02 “生物原型———新技术的关键”已为大量科研实践所证实[1]。
随着生物学的迅猛发展,尤其是分子生物学的发展,人们能够从宏观、细观、微观不同层次来研究生物体的功能、结构、材料,而观测、试验、仿真手段的完善,使仿生学的研究广度和深度得到进一步的强化。
深入分析仿生学概念的演变及其基础理论,对于深化仿生学研究,进一步促进仿生学的工程应用具有重要的意义。
1 仿生学概念的演变仿生学是一门综合性边缘学科,它是生命科学与工程技术科学相互渗透,彼此结合而产生的。
1960年,在美国召开了有史以来第一届仿生讨论会,J.E斯蒂尔少校将这门学科正式定名为“仿生学”。
仿生学(B i onics)即复制自然和从自然获得想法。
仿生学的研究内容随着现代科学技术的发展而不断得到丰富和发展,在电子仿生、机械仿生、建筑仿生、信息仿生等方面都取得了很大的成果[2,3]。
这一时期,仿生学往往被称作“机械电子学”。
B i om i m etics[4]首次由美国空军科研处在1991年提出,目的是寻求生物学为材料设计和处理提供帮助。
后来,J.F.V.V in2 cent教授给出一个更好的定义:从自然提取优秀的设计。
近20年来,人们从生物体的结构和性能对应关系中得到了很多启示,已成功地把木、骨、贝壳和韧带等力学性能及其结构应用到聚合物和复合材料。
从B i onics到B i om i m etics,是对仿生学的进一步深化,它包括材料科学与工程、分子生物学、生物化学、物理学等其它学科,其研究内容相当丰富。
仿生学全面版
(2)仿生设计发想
所谓发想是设计活动中寻求“金钥匙” 的过程，是利用一定的思考技术来帮助 设计师发倔解决问题的方案。仿生设计 的发想在仿生设计概念的指导下，凭借 设计师感性和直观的思考，以及在对具 体仿生目标对象进行进一步的认识与归 纳的基础上进行设计创新的探索与尝试 ，然后再用理性和推理的思考方式来验 证这种感性和直观认识的价值并进行修
莱特兄弟发明了真正意义上的飞机。在 飞机的设计制作过程中，怎样使飞机拐 弯和怎样使它稳定一直困绕着他们。为 此，莱特兄弟又研究了鸟的飞行。例如 ，他们研究鶙鵳怎样使一只翅膀下落， 靠转动这只下落的翅膀保持平衡；这只 翅膀上增大的压力怎样使鶙鵳保持稳定 和平衡。
如今飞机的平衡锤仿生了苍蝇的平衡棒
(3)仿生设计提案
在完成前期设计发想的各种意向性草案 以后，必须以产品构成要素为核心，综 合产品设计的相关因素，先进行一次或 多次的分析、评价，而后筛选出有发展 可能与价值的草图，经过探讨和修正而 得到比较符合产品概念和设计目标需要 的若干较为详细、完善的仿生设计方案 。最后对设计方案进行预想效果的表现 。
在研究天然蚕丝结构和性能后，成功开发 了异形纤维和超细纤维等仿真丝纤维和纺 织品。
肉色袜
我们的服装与仿生还有哪些关系？
孔雀裙、燕尾服、荷叶领、灯笼裤
变色龙与迷彩服
2008年奥运会上的高科技泳衣
美国华盛顿大学的研究人员正在试图揭 示蜘蛛吐出的水溶性蛋白质是如何变成 不溶的、强度比防弹背心还要坚韧的丝 的奥秘。科学家们已开始运用仿生学理 论研制人造蜘蛛丝。
仿生设计
仿生设计学与旧有的仿生学成果应用 不同，它是以自然界万事万物的“形” 、“色”、“音”、“功能”、“结构 ”等为研究对象，有选择地在设计过程 中应用这些特征原理进行的设计，同时 结合仿生学的研究成果，为设计提供新 的思想、新的原理、新的方法和新的途 径。
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第四节 仿生学基本要素
➢仿生需求 ➢仿生模本 ➢仿生模拟 ➢仿生制品
1.4.1 仿生需求
生存需求
生存需求的不断增长，促动着人类 在各种实践中不断地观察自然界，历经 了实际需求、生物模仿、大胆实践、惨 痛失败、经验总结、创造模拟等众多环 节完成了模拟生物发明和创造由简单到 复杂，由粗糙到精细等多种工具和机器。
1.4.4 仿生制品
非生命制品
非生命仿生制品是指应用于科学、技术、工程以及人 文、社科等领域的传统仿生产品，是纯人工技术制品。
包含生命零部件的仿生制品
随着仿生学与生命科学、医学、药学等交叉渗透愈 益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中 包含生命活体元素或仿生制品是生命体的组成部分。
视觉、 听觉、嗅觉、触觉仿生，开发各种仪器设备，为人
类的生活带 来了极大的便利。
功能更优的仿生
(a) 仿荷叶自洁材料 (b) 仿生贝壳耐磨材料(c) 仿蝴蝶多层膜变色材料 仿生功能表面材料
生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的机械，在 与其周围环境相互作用过程中，呈现了多种功能特性，如减阻 、 脱附、自洁、耐磨、抗疲劳、消声降噪、隐身等等。人类 模仿 生物优异的功能特性，研发许多仿生功能表面和机械装 备等。
自然界中的生物种类繁多，包括动物、植物、微生物，
都可以作为仿生模本供各行各业进行仿生研究，发明和创
造 出更优、更好的接近于生物系统的仿生制品。
生活模本
处于社会环境中的人类大脑活跃区
人类在研究生物功能特性的基础上，开始把目光投向人 类自身的生活，开展对人类生命形态的仿生探索，以人类 自 身的生活原理、文化行为和思维哲理为模本，进行人 类自然 生命（生理）和精神生命（心理、心灵）的仿生 研究。
生境模本
(a) 地球表面沙波纹
(b) 火星表面波纹
不同星球表面沙波纹形态
人类与生物所赖以生存的环境，特别是生境中所呈
现出的奇特自然现象和自然环境等，也是仿生学的重要
模本。
1.4.3 仿生模拟
形似模拟
(a) 蜣螂
(b) 蜣螂头部非光滑形态 (c) 仿生减阻模拟设计蜣螂头部减阻 非光滑形态及仿生模拟设计
具有完整生命的仿生制品
指具有与模本相似的生命特征，且与人类或生物具有 极佳的相容性，能够替代模本去执行相应功能的仿生制品 。
仿生学基本要素间的关系
仿生要素间的相互作用关系
谢谢各位！
运动更好的仿生
(a) 仿壁虎陆地爬行机器人 (b) 仿鱼海域侦察机器鱼 (c) 仿蚊子空中侦察器 仿生机器人
自然界中有许多生物进化优化出比人类优异的运动本领。 人类模仿生物行走、奔跑、跳跃、游泳、飞行等运动形式， 发 明了能上天入地、潜海、能在人类无法活动的地方畅行 无阻的 仿生机械与仿生机器人。
精神需求
杨丽萍《雀之恋》
舞蹈《群鱼戏水》 体育馆《鸟巢》
兴趣需求
人类对探索生物奥秘的兴趣、 对自然生物的喜爱、对生物奇异 功能的好奇和对生物特殊能力的 向往，产生了那些对人类和社会 具有巨大价值的仿生发明与创造。
1.4.2 仿生模本
生物模本
(a) 蝉翼表面结构
(b) 杀菌过程
蝉翼表面结构及杀菌过程
健康需求
“电疗” 麻沸散 五禽戏 仿生器官 仿生保健
华佗 五禽戏
军事需求
武器装备 战略战术
发展需求
感知更强 功能更强 运动更好
感知更强的仿生
(a) 跳蛛
(b) 视网膜
(c) 绿光通过路径
跳蛛及其视觉系统
自然界许多生物拥有独特、超强的感知系统，如视觉、
听 觉、味觉、触觉等，敏锐程度远远超越人类。人类开展
形似模拟是指模仿生物形态（形貌）、结构、材料、形
体（形状、构形）等因素而开展的仿生设计。
神似模拟
(a) 荷叶
(b) 荷叶表面微观结构 (c) 仿生自洁织物
仿荷叶疏水自洁原理制造仿生自洁织物
神似模拟是指模仿生物多因素相互耦合、相互协同作用
的原理而开展的仿生，其在形似模拟的基础上更注重对生
物 功能原理与规律的探究。