仿生学的产生及应用

仿生学的产生及应用

班级:电气工程1102 姓名：吕柯伟学号：1101205514

摘要：随着人类社会的发展，科学技术的进步显得比较艰难。然而，人类通过观察动植物的特点，利用自然界生物在优胜劣汰的环境中生存下来的特点，将其学习并发展，运用于生产、生活、航天和军事当中，这就是仿生学的意义。

关键字：生物仿生学人工智能特点

通过这一个学期的学习，我从以前对于仿生学的空白到有了一点认识，从而感觉到了仿生是一门非常高深而且对于人类或者是大自然都是很有用的科学。在未来的科学创造中，仿生是很有必要的，因为大自然经过几十亿年的筛选，绝对是没有错的，留下来的都是对于能量或者是其他都是利用率特别高的，适者生存，不适者淘汰，那是自古以来的生存法则，也是我们需要仿生的重要理由之一，向大自然学习，努力把现代科技与自然给我们的绝妙灵感结合起来，就可以达到非常理想的效果了。

想要应用仿生学，首先就要了解什么是仿生学。在百度名片里，仿生学的解释是，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。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。

在人类发明的东西中，很多都是收到大自然生物的启发而发明的。早在远古时期，人类就从自然生态系统中领悟到自身生存、发展和进步的真谛，蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾世界文明史，人们很早就留下了模仿自然生态的痕迹，人首龙身、羽化飞升等大量事例记述了人们对自然生命形态和功能创造性的模仿。

那么我们怎么样才能应用仿生学呢，应用哪些动植物的仿生学？在这学期的课中，老师就给我们讲过，仿生学并不是简单的模仿，在讲各种仿生例子之前，给我们讲了一个我们完全听不懂的智能计算法。智能计算,也有人称之为"软计算"，就是借用自然界（生物界）规律的启迪，根据其原理，模仿设计求解问题的算法。如：人工神经网络技术、遗传算法、进化规划、模拟煺火技术和群集智能技术等。想要合理利用仿生学，只能计算是前提。这里，由于学习能力有限，未能学得只能计算，不作赘述。

下面我简单介绍几个仿生学的应用例子。最普及的应该就是鸟类之于飞机了。从6500万年前恐龙退出世界之后，人类逐渐产生并统治了地球。但是人类统治地球用的是大脑，在身体方面比较弱小，既不能飞天也不能遁地。于是，飞

天遁地成了人们一直以来的愿望。我们的祖先试过各种各样的办法，但是直到美国莱特兄弟制成第一架飞机之前，都没有成功过。莱特兄弟的飞机充分学习了鸟类的翅膀，人类第一次开始憧憬统治陆地以外的地方。但是好景不长，人类发明飞机后，由于飞行速度不断提高，常因机翼剧烈抖动而机毁人亡。科学家们试了很多办法都不成功。最后，仍然是依靠仿生学，一个偶然的机会，科学家们发现蜻蜓的飞行非常稳定，蜻蜓的翅膀末端有一块略重的厚斑点，这就是防止震动的原因。蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72公里/小时。此外，蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙，于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。

从萤火虫到人工冷光。自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。而萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出来荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素，不但解决了生活中电灯的电源器。

从鱼到潜水艇。前面说到，人类企图征服陆地以外的世界。既然飞机已经出现，那么征服水里也变得迫在眉睫。在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。但是在人类发明了非常复杂的潜水系统后才发现，鱼类的沉浮系统比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中气体含量，促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统，对于潜艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。但是，我们可以知道，大自然一直是我们的导师，遇到问题可以从中寻找答案。

参考文献：

于帆《仿生造型设计》华中科技大学出版社 2005

智一君惕《仿生学与现代化》湖南教育出版社 1985

许书民《设计概论》上海科学普及出版社 2005