《有趣的仿生学》PPT课件
仿生学2011ppt课件
关于仿生学的例子
• 苍蝇与振动陀螺仪 • 蝙蝠与雷达 • 萤火虫与人工冷光 • 电鱼与福特电池 • 蛋壳与薄壳建筑 • 鸟与飞机 • 鱼尾与船橹
生物体的结构对功能的适应性
• 结构适应于功能是动物中的普遍现象 • 不同的动物，其形态结构特征可以有相当
大的差别。动物为适应自然的选择，产生 了各种各样的形态特征。
二、仿生学与工程技术
• 仿生学在工程技术方面的应用有很多，例
如：感觉仿生 、结构仿生 、拟态仿生 、力 学仿生 、化学仿生 、仿生材料等等。 • 而今天，我们要探究的就是这六个部分， 下面展开我们的学习吧……
感Hale Waihona Puke 仿生• 探索人和动物感觉系统奥妙的仿生学研究
工作，称为感觉仿生。 • 感觉仿生又分为视觉仿生、听觉仿生、嗅 觉仿生、触觉仿生、味觉仿生 • 现今感觉仿生已经成为仿生学的发展重点。 • 下面是属于感觉仿生的一些例子。
智能材料有哪些？
如变色玻璃、形状记忆合金、增韧氧化锆陶瓷、正 温度系数热敏陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多 肽等 正在研究的智能材料和系统 • 能自诊断断裂的飞机机翼 • 控制湍流和噪声的机械蒙皮 • 人工肌肉和皮肤 • 定向投药等
变色玻璃
• 在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复
•
其原来颜色的玻璃。又称光致变色玻璃或光色玻璃。变色 玻璃是在玻璃原料中加入光色材料制成。 基本原理：含有溴化银(或氯化银)和微量氧化铜的玻璃是 一种变色玻璃.当受到太阳光或紫外线的照射时,其中的溴 化银发生分解,产生银原子( AgBr==Ag+Br ).银原子能 吸引可见光,当银原子聚集到一定数量是,射在玻璃上的光 大部分被吸收,原来无色透明的玻璃这时就会变成灰黑色. 当把变色后的玻璃放到暗处时,在氧化铜的催化作用下,银 原子和溴原子又会结合成溴化银( Ag+Br==AgBr ),因为 银离子不吸收可见光,于是,玻璃又会变成无色透明.这就是 变色玻璃变色的基本原理.
有趣的仿生学
苍 蝇
家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术， 家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术，这使得 它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。 它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。 它设想到了每一种情况，非常小心，并能快速移动。 它设想到了每一种情况，非常小心，并能快速移动。 那么，它是怎么做到的呢？ 昆虫学家研究发现， 那么，它是怎么做到的呢？ 昆虫学家研究发现，苍 蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时， 蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒 以一定的频率进行机械振动， 以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动 方向，是保持苍蝇身体平衡导航仪。 方向，是保持苍蝇身体平衡导航仪。科学家据此原 理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪，大在改 振动陀螺仪， 理研制成一代新型导航仪 振动陀螺仪 进了飞机的飞行性能， 进了飞机的飞行性能，可使飞机自动停止危险的滚 翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡， 翻飞行，在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡，即 使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。 使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。苍蝇的 复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎 个可独立成像的单眼， 复眼包含 个可独立成像的单眼 360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成 度范围内的物体。 度范围内的物体 在蝇眼的启示下， 了由1329块小透镜组成的一次可拍 块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨 了由 块小透镜组成的一次可拍 张高分辨 率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、 率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天 上被广泛应用。 上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种 气味进行快速分析且可立即作出反应。 气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据 苍蝇嗅觉器官的结构， 苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反应转变成电脉 冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪， 冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪，目 前已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检 前已广泛应用于宇宙飞船、 测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、 测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、 可靠。 可靠。
大自然的启示——有趣的仿生学
大自然的启示——有趣的仿生学作者：***来源：《科学大众·小诺贝尔》2021年第04期教师简介张芳苏州市吴江区七都小学科学教师、江苏省优秀科技辅导员、吴江区科学学科带头人。
每年组织和开展各项科技社团活动，辅导学生参加江苏省金钥匙科技竞赛、航模赛等多次获奖。
在四年级科学下册第二单元《新的生命》第六课《动物的卵》中，同学们已经学习了鸡蛋的内部结构，也了解了鸡蛋外部结构的作用。
也许大家会问：鸡蛋那么薄、那么脆，为什么不容易被捏碎呢？我们学习了六年级科学上册第二单元《形状与结构》第三课《拱形的力量》后，知道了这与它特有的蛋形曲线和科学的结构是分不开的，它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。
人类正是根据鸡蛋的这个特点进行仿生设计，现在像鸡蛋那样的仿蛋建筑已经很普遍了。
本期，我们就跟随苏州市吴江区七都小学的张芳老师，一起走进有趣的仿生学！仿生学是一门既古老又年轻的学科，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，创造出适用于学习、生产和生活的先进技术。
它诞生不过40多年，就已经揭示出生物的许多奥秘，并模仿生物的特性制造了许多具有特殊性能的新设备、新工具。
今天，仿生学已成为当代最引人注意的尖端科学之一，军事仿生、交通仿生、建筑仿生、农业仿生、医学仿生及智能机器仿生等各個领域的新成果不断涌现，我们一起来了解一下吧！我国最早的仿生大师——鲁班据传，我国古代杰出的建筑大师鲁班在一次上山砍伐途中，手被锯齿草的边缘齿划破了。
他好奇地摘下草叶仔细观察，发现叶子边缘有两排锋利的锯齿，于是受此启发，并经过反复实践，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。
鲁班的发明和创造故事，实际上是中国古代劳动人民发明创造的故事。
动物仿生学1鳄鱼“流泪”的启示凶残的鳄鱼在吞食猎物时，总是流着“悲伤”的眼泪，其实它们是在排泄体内多余的盐分。
生活在咸水或海水中的动物，体内都有一种特殊的结构——盐腺，各种盐腺的构造基本一样：中间是一根导管，并向四周辐射出几千根细管，跟血管交织在一起，把血液中多余的盐分离析出来，再通过中央的导管排泄到体外。
(精选课件)仿生学PPT课件
据英国（《泰晤士报》等媒体日前报道， 一名自颈椎以下瘫痪的美国男子借助一个与 计算机相连的植入器和人造手臂，就可通过 思维打开电视机、看电子邮件和处理其他一 些日常事务，此类大脑植入将最终使重度残 疾人能够控制轮椅和人造假肢。
这是迄今为止人类朝着开发“仿生学系 统”迈出的最大一步，它有可能使那些失去 肢体的人恢复神经运动的功能。日前出版的 《自然》杂志详细介绍了这项历时30多年的 研究所取得的非凡成果。
■技术仍待改进成熟 大脑与计算机的交互作用以前曾在人类和动物身上示
范过，而目前的这些进展是迄今朝着开发“仿生学系统” 迈出的最大一步，它们可恢复丧失四肢控制的人的神经功 能。在上个世纪70年代上映的电视连续剧《六百万美元的 人》中，科学家利用撞击受害者斯蒂夫·奥斯丁心灵控制的 仿生假肢，重塑了他的身体。当时，这种概念纯属是种幻 想，如今，这项仿生术经历了30多年的攻关研究后终于取 得了骄人的成果。
4
医学仿生学是仿生学的一个新学科，是仿生学在医学领域的应用，具体 表现为用仿生学技术修复身体功能，它依赖生物技术、工程学、信息与通信 技术、医学和纳米技术等研究领域。仿生学躯体在科幻小说中出现已有几十 年了。现在，研究人员创造出高科技装置，帮助人们重获行走、看和听的能 力。
医学仿生学几个关键领域的研究正在进行中，并已取得很大的成就，但是 仍然处于发展初期（婴儿期）。仿生装置正向更易于控制、更轻、更小、更 逼真而价格不太昂贵的方向发展。
附近神经细胞的电子信号。这些信号又通过 翰教授说，“这些结果展示了令人喜悦的前
微小的金属丝传输到一个镶嵌在患者头皮上 景，有一天，人们将用这些大脑信号刺激肢 方的一英寸大小的钛基座上。一根电线将这 体的肌肉，有效地通过一像着移 恢复大脑对肌肉的控制。”
神奇的仿生学PPT
你知道吗？
关于仿生 仿生是模仿生物系 统的功能和行为， 来建造技术系统的 一种科学方法。它 打破了生物和机器 的界限，将各种不 同的系统沟通起来。
为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率， 一个四叶驱动，用远程水平仪控制的机动机翼（翅膀）模型 被研制，并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。
第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀，达到每秒 18次震动的速度。有特色的是，这个模型采用了可变可调 节前后两对机翼之间相差的装置。
研究的中心和长远目标，是要研究使用“翅膀”驱动的飞机 表现，以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。
鲸鱼与潜艇
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应” 当代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，这就碰到了力学 上的难题。潜舴专家从鲸鱼每隔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仿鲸背处理，果然取得了破冰时的“鲸背 效应”。
核聚变来发光,电灯依靠电流 对灯丝的加热,它们在发光时 都伴随有热的产生。因此,人 们称它们为热光源。萤火虫 发出的光,是由体内一系列特 殊的化学反应引起的。由于 它能100%地将能量转换成光 能, 不产生热量,人们就称它 为冷光源。
自然界能够发光的生物还有许多
种。有一种甲壳动物, 在它们由干 燥变成潮湿的时候,能发出辉光。第 二次世界大战中,日本兵感到较强的 灯光危险性太大,就在干燥的甲壳动 物上吐一点儿唾沫,它发出的光足够 阅读一张地图。生物发光的强度虽 然不大,但却给人们研究新光源以重 要启示。
大班科学：有趣的动物仿生学
技术支持的课堂教学大班科学《有趣的动物仿生学》活动目标：1.了解生活中的动物仿生现象，知道人类的许多发明创造都与动物有关。
2.根据动物的本领和特点进行大胆想象与设计创造。
3.理解并遵守游戏规则，感受团队合作的快乐。
活动准备：PPT课件、记录纸、记号笔、响铃桌牌磁铁前期调查活动过程：一、视频导入，激发兴趣1.谈话——小朋友们，你们喜欢动物吗？今天我们就来学习一些有关动物的知识。
每种动物都有它们自己独特的本领，你知道有哪些动物有特殊的本领呢？——原来很多动物都有特殊的本领，人类通过模仿这些本领进行了发明创造，我们一起来看一段视频。
2.视频《飞机为什么像小鸟》——视频中人类发明了什么？飞机是模仿了什么动物？飞机的制造为什么会模仿小鸟？小结：飞机的机翼就像小鸟的翅膀一样，在飞行的时候保持平衡。
像这样通过模仿动物的特点发明制造出有用的东西我们叫它“动物仿生学”。
二、游戏PK赛，了解动物仿生学1.幼儿分组，讲述游戏玩法、规则——接下来我们来玩一玩动物仿生学的游戏，我们以PK赛的形式进行，分成两队来比赛。
2.游戏1---“猜猜模仿了哪种动物”（1）介绍游戏玩法——根据图片上的物品，猜一猜模仿了哪种动物？（2）试玩游戏——这是什么？吊机模仿了哪种动物？为什么要模仿长颈鹿？小结：人类模仿长颈鹿的长脖子，发明制造了有长吊臂的吊机。
（3）正式游戏·图一(母子装)——这是什么？模仿了哪种动物？为什么要模仿它？小结：这件母子装是模仿了袋鼠的育儿袋。
·图二(吸盘挂钩)——这是什么？模仿了哪种动物？为什么要模仿它？小结：吸盘挂钩是模仿了具有吸附本领的动物。
·图三(迷彩服)——这是什么衣服？为什么要穿迷彩服？小结：穿迷彩服是为了和周围环境的色彩相似，可以更好地保护自己。
——迷彩服模仿了什么动物?为什么要模仿它？小结：迷彩服模仿了有保护色本领的动物。
——还有什么动物有保护色？（4）小结本轮游戏情况3.游戏2---“看动物·想发明”(1)教师讲述玩法（2）开始游戏·图一(鲸)——这是什么动物？人类可以模仿鲸发明什么？小结：人类模仿鲸发明了潜水艇、轮船这些能在水里航行的交通工具。
四年级科学有趣的仿生学
青蛙的眼睛也是一门仿生学，
吓人仿生
有趣仿生
问题：刚才讲了几种仿生例子？
本设计以仿生学的方法，利用海星的结构 和肢体语言演化为建筑的肢体语言，使建 筑具有生命力。
仿的是我哟
科学家仿照变色龙，制成 了一种既能自动改变颜色， 又始终与环境保持一致的 军装。这种军装用一种对 光线变化很敏感的化学纤 维织成的布料制成，士兵 穿上这种军装，可以放心 地从白色的沙滩上登陆， 在森林里军装是深绿色， 在草地时又变成麻黄色的 了。
6.鳄鱼“流泪”的启示
凶残的鳄鱼在吞食猎物时， 总是流着“悲伤”的眼泪， 其实它们是在排泄体内多余 的盐分。生活在咸水或海水 中的动物，体内都有一种特 殊的结构——盐腺，各种盐 腺的构造基本一样：中间是 一根导管，并向四周辐射出 几千根细管，跟血管交织在 一起，把血液中多余的盐分 离析出来，再通过中央的导 管排泄到体外。
4.导弹命名“响尾蛇”
响尾蛇是一种毒性很 强的蛇，它有一种能 探测周围环境中温度 变化的红外线感受器， 长在眼睛与鼻孔之间 的颊窝里。由于响尾 蛇具备了这种红外线 感受器，在黑暗中也 能准确无误地捕获猎 物。
美国的海军武器研究 中心，利用这一原理， 研制出一种空对空导 弹的敏感器件，能够 探测来自目标的红外 辐射，从而紧紧盯住 目标不放，直至把目 标摧毁。这种导弹被 命名为“响尾蛇导 弹”。
原来啄木鸟头部的构造与众 不同，它的脑壳非常坚硬， 周围还有一层海绵状的骨骼， 里面吸附着很多液体，能起 消震作用，头部两侧还有强 有力的肌肉系统，也能起到 防震作用。科学家由此得到 启示，设计了一种新型安全 帽：外壳坚固，里层松软， 帽子下部有一个保护领圈， 避免因突然而来的旋转运动 所造成的脑损伤。经过实验， 比一般防护帽效果好得多。
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7
5.伪装之王变色龙
▪ 变色龙学名叫“避
役”，它行动迟缓，
面目可憎，浑身灰黑
色，布满了疙瘩，可
是它在一昼夜中能变
换六七种颜色。原来，
变色龙的表皮上有一
个变幻无穷的“色彩
仓库”，贮藏着黄、
绿、蓝、黑等各种色
素细胞，一旦周围的
光线、温度和湿度发
生了变化，变色龙就
随之改变体色。
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▪ 仿的是我哟
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4.导弹命名“响尾蛇”
▪ 响尾蛇是一种毒性很 强的蛇，它有一种能 探测周围环境中温度 变化的红外线感受器， 长在眼睛与鼻孔之间 的颊窝里。由于响尾 蛇具备了这种红外线 感受器，在黑暗中也 能准确无误地捕获猎 物。
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▪ 美国的海军武器研究 中心，利用这一原理， 研制出一种空对空导 弹的敏感器件，能够 探测来自目标的红外 辐射，从而紧紧盯住 目标不放，直至把目 标摧毁。这种导弹被 命名为“响尾蛇导 弹”。
有趣的仿生学
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▪ 仿生学作为一门独立的学科，形成于20世 纪60年代，它是研究生物系统的结构性质、 能量转换和信息加工的处理过程，用来改 善现有的或创造出崭新的机械、仪器、建 筑结构和工艺过程的边缘学科。仿生技术 是发展现代高新技术的重要途径之一。
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1.我国最早的仿生师——鲁班
▪ 我国古代杰出的工匠鲁班， 在一次上山砍树时，不小 心被一棵小草划破了手， 他好奇地摘下草叶观察， 发现叶子的边缘有许多锋 利的小齿，于是突发奇想， 把铁片磨上细齿用来割断 木头，从而发明了常用的 伐木工具——锯。锯的发 明是鲁班从带齿的叶片得 到的启发。
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2.高速运转的恐龙钻头
▪ 鸭嘴龙是史前巨型爬 行动物，它的牙床上 重重叠叠地长了约600 颗牙齿，它们的牙齿 是双层的，如果上面 的牙齿磨掉了，下面 的牙齿会补上去。外 层的牙不能用了，内 层的牙齿会自动补上 去，继续使用。
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4
▪ 机械师模仿鸭嘴龙牙齿的 排列形状，设计制成了一 种恐龙钻头。这种新钻头 模仿鸭嘴龙的牙齿，装了 两层，内层的齿嵌在较软 的材料上，当外层的齿磨 坏了不能使用时，钻头继 续旋转，就会将这层软材 料磨掉，露出内层的齿， 于是钻头又可以继续钻进 了。这种钻头减少了调换 钻头的麻烦，其钻进速度 是一般钻头的2倍。
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▪ 科学家仿照变色龙，制成 了一种既能自动改变颜色， 又始终与环境保持一致的 军装。这种军装用一种对 光线变化很敏感的化学纤 维织成的布料制成，士兵 穿上这种军装，可以放心 地从白色的沙滩上登陆， 在森林里军装是深绿色， 在草地时又变成麻黄色的 了。
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6.鳄鱼“流泪”的启示
▪ 凶残的鳄鱼在吞食猎物时， 总是流着“悲伤”的眼泪， 其实它们是在排泄体内多余 的盐分。生活在咸水或海水 中的动物，体内都有一种特 殊的结构——盐腺，各种盐 腺的构造基本一样：中间是 一根导管，并向四周辐射出 几千根细管，跟血管交织在 一起，把血液中多余的盐分 离析出来，再通过中央的导 管排泄到体外。
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吓人仿生
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有趣仿生
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▪ 问题：刚才讲了几种仿生例子？
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▪ 本设计以仿生学的方法，利用海星的结构 和肢体语言演化为建筑的肢体语言，使建 筑具有生命力。
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▪ 原来啄木鸟头部的构造与众 不同，它的脑壳非常坚硬， 周围还有一层海绵状的骨骼， 里面吸附着很多液体，能起 消震作用，头部两侧还有强 有力的肌肉系统，也能起到 防震作用。科学家由此得到 启示，设计了一种新型安全 帽：外壳坚固，里层松软， 帽子下部有一个保护领圈， 避免因突然而来的旋转运动 所造成的脑损伤。经过实验， 比一般防护帽效果好得多。
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▪ 盐腺是动物天然的 “咸水淡化器”。科 学家从鳄鱼的流泪中 得到启示，模仿盐腺 的构造原理，研制出 一种体积小、重量轻、 效率高、价格低的 “仿生海水淡化器”， 从根本上解决了海水 淡化的难题。
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7.啄木鸟与新型安全帽
▪ 啄木鸟一天可发出约600 次的啄木声，每啄一次的 速度可达每秒55ｋｍ，比 空气中的音速还快1.6倍， 而它的头部摇动的速度更 快，约每小时2 080ｋｍ， 比射出的子弹还要快1倍 多。此时，它头部所受到 的冲击力约为所受重力的 1000倍，而一辆时速为56 ｋｍ的汽车撞在一堵墙上， 受到的冲击力仅为所受重 力的10倍。为什么啄木鸟 头部可以受到那么大的力 却不会得脑震荡?