仿生学PPT
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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.
仿生学_PPT
谢谢大家!
长颈鹿 抗荷服
长颈鹿和“抗荷服” 长颈鹿是目前世界上 最高的动物,其大脑和心脏的距离约3米, 完全是靠高达160~260毫米汞柱的血压把血 液送到大脑的。按一般分析,当长颈鹿低 头饮水时,大脑的位置低于心脏,大量的 血液会涌入大脑,使血压更加增高,那么 长颈鹿会在饮水时得脑充血或血管破烈等 疾病而死。但是裹在长颈鹿身上的一层、 厚皮紧紧箍住了血管,限制了血压,飞机 设计师和航空生物学家依照长颈鹿皮肤原 理,设计出一种新颖的“抗荷服”,从而 解决了超高速歼击机驾驶员在突然加速爬 升时因脑部缺血而引起的痛苦。这种“抗 荷服”内有一装置,当飞机加速时可压缩 空气,也能对血管产生相应的压力,这比 长颈鹿的厚皮更高明了。
仿生学
和平里九小 彭靖雯
萤火虫——人工冷光
科学家研究发现,萤火虫的发光器位于 腹部。萤火虫的发光,实质上是把化学 能转变成光能的过程。 早在40年代,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。
Hale Waihona Puke 水母——风暴预测仪 水母这种动物有预测风暴的本能,每当风暴来临前,它就 游向大海避难去了。 主要是根据由空气和波浪摩擦而产 生的次声波 (频率为每秒8—13次)。仿生学家仿照水母耳 朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,相当精确地 模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的 前甲板上,当接受到风暴的次声波时,可令旋转360°的 喇叭自行停止旋转,它所指的方向,就是风暴前进的方向; 指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前 15小时对风暴作出预报,对航海和渔业的安全都有重要意 义。
猪鼻子——防毒面具
化学家们做了个实验:把猪牛羊等圈在一起,然后施放氯气,他们则在远处 用望远镜观察。结果发现老猪比其他牲畜嗅觉更灵,他们更早地嗅到了毒 气的异味,于是便拼命想逃窜,当逃不出时(圈住了)就开始用它们那强 有力的大钢嘴(猪鼻子)拼命地拱地,把地拱松了后它们把大鼻子插进松 软的泥土里。毒气散尽后,其他牲畜都中毒死亡了,老猪这时却悠闲地把 大鼻子从泥土中拔出,“哼!哼!”几声用力把鼻孔中的大量泥土喷出。 目睹这一奇迹,化学家们很快得出结论:是猪鼻孔中大量松软的泥土吸附 了氯气,使它们免于中毒。于是他们设想人们若戴上有“长鼻式”过滤器 的防毒面具,并在其中放上比泥土有更有效的活性炭做吸附剂,不就可以 抵御毒气的侵袭吗?于是猪鼻状的防毒面具就应运而生了。
仿生学PPT课件
素以红、绿或蓝显示出来。手上的超薄电
子皮肤能在运动状态下作为电子显示屏来 使用。还能用于多种商业用途,例如播放
媒介。未来,这样的电子皮肤能用在手术
中,检测人体器官内的氧气含量。
如果把智能皮肤安置于人的上臂,它就能 检测脑波,然后把信号传达到假肢,让它 完成相应的动作。智能皮肤有着无限的可 能性,不仅是在医学领域,它在游戏竞技 和个人健康监测方面都有着极大的潜力。
15
PA R T
02
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人造肌肉又叫电活性聚合物,是一种新型智能高分 子材料,它能够在外加电场下,通过材料内部结构 的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀,和生物肌肉十 分相似。
人造肌肉状材料是根据生物学原理,由3种氨基酸
(缬氨酸、脯氨酸和甘氨酸)按一定顺序排列而构成
的,它类似于人的肌肉纤维,具有弹性,且能随环
1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肢疾人能够控制轮椅和人造假肢
1
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。
境温度和化学成分(如pH值)的变化而伸缩。由于它 能模拟活体的生物过程,于是,人们把这种材料称 为生物聚合物。
《有趣的仿生学》PPT课件
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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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21
精t
23
▪ 仿的是我哟
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24
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5
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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6
▪ 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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1
▪ 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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2
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。
仿生智能材料--ppt课件
在机翼结构中使用磁致伸缩致动器,可使机翼 阻力降低85%。
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37
智能材料与住宅智能化
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38
(1)多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成: 第一层是功能层,能感受来自周围的声能、热能、光能, 并能控制这些能量的输出;
第二层是通讯层,能为居住者提供内外通信联系的通道;
第三层是输送通道,可以用来输送水和其它材料;
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10
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11
仿生材料(Bio-inspired): 受生物启发或者模拟生物的各种特性而
开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成
分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生 物体中形成材料的过程和加工制备仿生、 模仿生物体系统功能的功能仿生。
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12
二、 智能材料
1、什么是智能材料?
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
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7
2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
生物材料通常有两个定义,一是有生命过 程形成的材料,如结构蛋白(蚕丝等)和 生物矿物(骨、牙、贝壳等),另一个是 指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展,指用 于取代、修复活组织的天然或人造材料。
材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对 结构材料主要要求其机械强度,而对功能材料 侧重于其特有的功能。
功能材料
对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的 敏感材料
在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出 适当的反应并产生相应动作的驱动材料
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智能材料与住宅智能化
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(1)多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成: 第一层是功能层,能感受来自周围的声能、热能、光能, 并能控制这些能量的输出;
第二层是通讯层,能为居住者提供内外通信联系的通道;
第三层是输送通道,可以用来输送水和其它材料;
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11
仿生材料(Bio-inspired): 受生物启发或者模拟生物的各种特性而
开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成
分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生 物体中形成材料的过程和加工制备仿生、 模仿生物体系统功能的功能仿生。
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二、 智能材料
1、什么是智能材料?
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
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2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
生物材料通常有两个定义,一是有生命过 程形成的材料,如结构蛋白(蚕丝等)和 生物矿物(骨、牙、贝壳等),另一个是 指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展,指用 于取代、修复活组织的天然或人造材料。
材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对 结构材料主要要求其机械强度,而对功能材料 侧重于其特有的功能。
功能材料
对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的 敏感材料
在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出 适当的反应并产生相应动作的驱动材料
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动物仿生学.ppt
”。研鸟上高汉高以、记到且公。民汉苍敢
动 物
,明究类几台时达关鹤载启他输春就时鹰的 也代,的例上期三戾、,示从般秋发期早劳
仿
反发这扑,飞,丈置鸦唐而一,战明史就动 映明也翼足下有至于、朝发种首国了书有人
生
了的是和以来人一腹鹊有明能先时风记着民
人一最飞说,用二内之个了划开代筝载各对
们种早行明企鸟百,状韩锯破始,,,种于
1
向火的进我图的步发饮志子皮研鲁并两美绚
鸟箭仿行国模羽外之啄和。肤制国且千妙丽 类武生了古仿毛,则动,据的能匠应多的的我
我
借器设细代鸟做始凌静“《带飞人用年幻天国 鉴“计致劳的成却云与善杜齿的鲁于前想空古
国
的神活的动飞翅下奋真雕阳的木班军,。、代 愿火动观人行膀。飞无木杂草鸟,事我根翱勤
的
望飞之察民。,”,异作编叶;本联国据翔劳 。鸦一和对以从西可,鸾》得并名络人秦的勇
,
,
鲁班
鲁班,姓公输,名般。又称公输子、公输盘、班输、 鲁般。鲁国人(都城山东曲阜,故里山东滕州), “般”和“班”同音,古时通用,故人们常称他为 鲁班。 大约生于周敬王十三年(公元前507年), 卒于周贞定王二十五年(公元前444年),生活在 春秋末期到战国初期,出身于世代工匠的家庭,从 小就跟随家里人参加过许多土木建筑工程劳动,逐 渐掌握了生产劳动的技能,积累了丰富的实践经验。 鲁班是我国古代的一位出色的发明家,两千多年以 来,他的名字和有关他的故事,一直在广大人民群 众中流传。我国的土木工匠们都尊称他为祖师。
在我国,早就有着模仿生 物的事例。相传在公元前三千 多年,我们的祖先有巢氏模仿 鸟类在树上营巢,以防御猛兽 的伤害;四千多年前,我们的 祖先“见飞蓬转而知为车”, 即见到随风旋转的飞蓬草而发 明轮子,做有装成轮子的车。 古代庙宇中大殿之前的山门的 建造,就其建筑结构来看,颇 有点像大象的架势,柱子又圆 又粗,仿佛像大象的腿。
动 物
,明究类几台时达关鹤载启他输春就时鹰的 也代,的例上期三戾、,示从般秋发期早劳
仿
反发这扑,飞,丈置鸦唐而一,战明史就动 映明也翼足下有至于、朝发种首国了书有人
生
了的是和以来人一腹鹊有明能先时风记着民
人一最飞说,用二内之个了划开代筝载各对
们种早行明企鸟百,状韩锯破始,,,种于
1
向火的进我图的步发饮志子皮研鲁并两美绚
鸟箭仿行国模羽外之啄和。肤制国且千妙丽 类武生了古仿毛,则动,据的能匠应多的的我
我
借器设细代鸟做始凌静“《带飞人用年幻天国 鉴“计致劳的成却云与善杜齿的鲁于前想空古
国
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的
望飞之察民。,”,异作编叶;本联国据翔劳 。鸦一和对以从西可,鸾》得并名络人秦的勇
,
,
鲁班
鲁班,姓公输,名般。又称公输子、公输盘、班输、 鲁般。鲁国人(都城山东曲阜,故里山东滕州), “般”和“班”同音,古时通用,故人们常称他为 鲁班。 大约生于周敬王十三年(公元前507年), 卒于周贞定王二十五年(公元前444年),生活在 春秋末期到战国初期,出身于世代工匠的家庭,从 小就跟随家里人参加过许多土木建筑工程劳动,逐 渐掌握了生产劳动的技能,积累了丰富的实践经验。 鲁班是我国古代的一位出色的发明家,两千多年以 来,他的名字和有关他的故事,一直在广大人民群 众中流传。我国的土木工匠们都尊称他为祖师。
在我国,早就有着模仿生 物的事例。相传在公元前三千 多年,我们的祖先有巢氏模仿 鸟类在树上营巢,以防御猛兽 的伤害;四千多年前,我们的 祖先“见飞蓬转而知为车”, 即见到随风旋转的飞蓬草而发 明轮子,做有装成轮子的车。 古代庙宇中大殿之前的山门的 建造,就其建筑结构来看,颇 有点像大象的架势,柱子又圆 又粗,仿佛像大象的腿。
《眼睛与仿生学》课件
拓展应用范围
除了医疗领域,仿生眼还可能 在娱乐、游戏、虚拟现实等领
域找到新的应用场景。
仿生眼的发展挑战
技术难题
制造出高性能、低成本、长期稳定的仿生眼 仍面临技术挑战。
法规限制
由于涉及人体植入,仿生眼的发展和应用可 能受到相关法规的限制和监管。
伦理问题
如何平衡科技进步与伦理道德的关系,是仿 生眼发展过程中需要面对的问题。
艺术创作
通过仿生眼的概念,艺术家可 以探索新的视觉表达方式和艺
术形式。
仿生眼的未来展望
技术进步
随着材料科学、微电子和生物 技术的进步,仿生眼的性能和
功能将得到进一步提升。
个性化定制
未来仿生眼有望实现个性化定 制,满足不同患者的需求和偏 好。
融合其他感官
未来仿生眼可能不仅仅模拟视 觉,还可能融合其他感官信息 ,如触觉、听觉等。
功能与结构的对应关系
生物体的结构和功能之间存在着密切的对应关系,这种关系可以被 模仿和应用到工程技术中。
生物体的感知与反应
生物体通过感知外界环境的变化,能够迅速作出反应,这种反应机 制也可以被模仿和应用到工程技术中。
仿生学的应用领域
航空航天领域
模仿鸟类的飞行机制, 设计出更加高效和安全
的飞行器。
机械领域
电信号,并将其传输到大脑进行解析。
04
仿生眼的应用与展望
仿生眼的应用领域
01
02
03
04
医疗领域
仿生眼可以帮助视力受损的患 者恢复部分视觉功能,提高生
活质量。
科研领域
仿生眼为研究生物视觉系统提 供了模型,有助于深入理解视
觉机制。
工业设计
在产品设计、安全防护和人机 交互等方面,仿生眼的概念可 以提供新的灵感和解决方案。
除了医疗领域,仿生眼还可能 在娱乐、游戏、虚拟现实等领
域找到新的应用场景。
仿生眼的发展挑战
技术难题
制造出高性能、低成本、长期稳定的仿生眼 仍面临技术挑战。
法规限制
由于涉及人体植入,仿生眼的发展和应用可 能受到相关法规的限制和监管。
伦理问题
如何平衡科技进步与伦理道德的关系,是仿 生眼发展过程中需要面对的问题。
艺术创作
通过仿生眼的概念,艺术家可 以探索新的视觉表达方式和艺
术形式。
仿生眼的未来展望
技术进步
随着材料科学、微电子和生物 技术的进步,仿生眼的性能和
功能将得到进一步提升。
个性化定制
未来仿生眼有望实现个性化定 制,满足不同患者的需求和偏 好。
融合其他感官
未来仿生眼可能不仅仅模拟视 觉,还可能融合其他感官信息 ,如触觉、听觉等。
功能与结构的对应关系
生物体的结构和功能之间存在着密切的对应关系,这种关系可以被 模仿和应用到工程技术中。
生物体的感知与反应
生物体通过感知外界环境的变化,能够迅速作出反应,这种反应机 制也可以被模仿和应用到工程技术中。
仿生学的应用领域
航空航天领域
模仿鸟类的飞行机制, 设计出更加高效和安全
的飞行器。
机械领域
电信号,并将其传输到大脑进行解析。
04
仿生眼的应用与展望
仿生眼的应用领域
01
02
03
04
医疗领域
仿生眼可以帮助视力受损的患 者恢复部分视觉功能,提高生
活质量。
科研领域
仿生眼为研究生物视觉系统提 供了模型,有助于深入理解视
觉机制。
工业设计
在产品设计、安全防护和人机 交互等方面,仿生眼的概念可 以提供新的灵感和解决方案。
仿生学_.ppt
AIM“响尾蛇”
红外夜视仪
红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪 器。它分为主动式和被动式两种:前者用红外 探照灯照射目标,接收反射的红外辐射形成图 像;后者不发射红外线,依靠目标自身的红外 辐射形成 “热图像”,故又称为”热像仪”。
应用
1982年4月─6月,英国和阿根廷之间爆发马尔维纳 斯群岛战争。4月13日半夜,英军攻击承军据守的最 大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区,突然出 现在阿军防线前。英国的所有枪支、火 炮都配备了 红外夜视仪,能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。 而阿军却缺少夜视仪,不能发现英军,只有被动挨 打的份。在英军火力准确的打击下,阿军支持不住, 英军趁机发起冲锋。到黎明时,英军已占领了阿军 防线上的几个主要制高点,阿军完全处于英军的火 力控制下。6月14日晚9时,14 000名阿军不得不向 英军投降。英军领先红外夜视器材赢得了一场兵力 悬殊的战斗。
目前广泛应用于战斗机之上的近距鸭式布局利用 鸭翼与机翼的前缘分离 涡之间相互有利干扰使涡系更加稳定,推迟了涡 的破裂,为大迎角飞行提供了足够的涡 升力,显著的提高了战斗机的机动性。
鸭式布局战机系列
变色龙
利用生物界变色龙的例子应用于军事的服装,装 备以加强掩蔽性
谢谢!
军事与仿生
10级生物科学 1009210117 张荣华
潜水艇工作原理是基于“浮 性定律”(或阿基米德定 律)。
像鱼儿一样的流线型使其在水中游行成为可
能
平衡舵是仿照了鱼的尾鳍 和背鳍
美国的AIM“响尾蛇” 是世界上第一种红外制导空对空 导弹。红外装置可以引导导弹追踪热的目标,如同 响尾蛇能感知附近动物的体温而准确捕获猎物一样。
仿生学的应用科学 共63页PPT资料
• 仿生学的学科基础:生物学+ 技术科学。相关学科包括生 理学、神经生理学、心理学、生物物理学、电子学、物理 学、化学、数学,以及通讯、计算技术、建筑工程、航空、 航海工程及系统科学等。
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。
第11章 仿生学
——开启新技术的钥匙
目录
前言 信息仿生 控制仿生 拟态仿生 力学仿生 化学仿生 整体仿生
第1节 前 言
1、仿生学简介
远在中国古代,劳动人民就在长期的生 产和生活中产生了朴素的仿生思想。如, 中国象形文字便是一种借助文字象形传递 信息的手段;中华武术、祖国传统医学中 的养生之道更是集世间万物之精巧,愈显 其博大精深。
第1节 前 言
6、仿生学的研究分支
•信息仿生学 •控制仿生学 •力学仿生学 •化学仿生学 •医学仿生学 •拟态仿生学 •整体仿生学
第1节 前 言
7、仿生学研究的特点
仿生学是一门建立在多学科边缘上 的综合性学科,这些相关性的基础学科, 正如前面所述,包括生理学、神经生理 学、心理学、生物物理学、电子学、物 理学、化学、数学,以及通讯、计算技 术、建筑工程、航空、航海工程及系统 科学等。
第2节 信息仿生学
5ห้องสมุดไป่ตู้水母耳与电子耳
海洋漂浮生物水母 (俗称海蜇)的听 觉器官,可以感应 次声波(infrasonic wave,一种人耳不 能感觉的低频率波, 由风暴时快速流动 的空气与海水波浪 相摩擦产生的), 因而模仿其原理制 造的“水母耳”风 暴预测仪可以提前 15个小时准确预报 风暴方向与强度。
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。
第11章 仿生学
——开启新技术的钥匙
目录
前言 信息仿生 控制仿生 拟态仿生 力学仿生 化学仿生 整体仿生
第1节 前 言
1、仿生学简介
远在中国古代,劳动人民就在长期的生 产和生活中产生了朴素的仿生思想。如, 中国象形文字便是一种借助文字象形传递 信息的手段;中华武术、祖国传统医学中 的养生之道更是集世间万物之精巧,愈显 其博大精深。
第1节 前 言
6、仿生学的研究分支
•信息仿生学 •控制仿生学 •力学仿生学 •化学仿生学 •医学仿生学 •拟态仿生学 •整体仿生学
第1节 前 言
7、仿生学研究的特点
仿生学是一门建立在多学科边缘上 的综合性学科,这些相关性的基础学科, 正如前面所述,包括生理学、神经生理 学、心理学、生物物理学、电子学、物 理学、化学、数学,以及通讯、计算技 术、建筑工程、航空、航海工程及系统 科学等。
第2节 信息仿生学
5ห้องสมุดไป่ตู้水母耳与电子耳
海洋漂浮生物水母 (俗称海蜇)的听 觉器官,可以感应 次声波(infrasonic wave,一种人耳不 能感觉的低频率波, 由风暴时快速流动 的空气与海水波浪 相摩擦产生的), 因而模仿其原理制 造的“水母耳”风 暴预测仪可以提前 15个小时准确预报 风暴方向与强度。
仿生学的运用 ppt课件
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。
信息仿生
水母耳与电子耳
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。
控制仿生
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
控制仿生
蝙蝠与超声波
蝙蝠的回声定位
超声信号被反射
控制仿生
蝙蝠与超声波 蝙蝠的声纳处理
脑
参考波刺激
接受器
载有信息 的超声波
发出的 超声波
控制仿生
夜蛾的反雷达技术
反雷达技术使夜蛾死里逃生
控制仿生
夜蛾的反雷达技术 听觉系统
鼓膜器 振动器
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。
信息仿生
青蛙与电子蛙眼
青蛙的视觉系统
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。
雷 鸟 夏 天
雷 鸟 冬 天
动物的保护色与拟态
枯 叶 蝶
竹 节 虫
拟态仿生
拟态仿生
坦克的迷彩着装
拟态仿生
拟态仿生
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
力学仿生
.生物与造船 .生物与飞机 .生物与建筑
信息仿生
水母耳与电子耳
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。
控制仿生
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
控制仿生
蝙蝠与超声波
蝙蝠的回声定位
超声信号被反射
控制仿生
蝙蝠与超声波 蝙蝠的声纳处理
脑
参考波刺激
接受器
载有信息 的超声波
发出的 超声波
控制仿生
夜蛾的反雷达技术
反雷达技术使夜蛾死里逃生
控制仿生
夜蛾的反雷达技术 听觉系统
鼓膜器 振动器
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。
信息仿生
青蛙与电子蛙眼
青蛙的视觉系统
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。
雷 鸟 夏 天
雷 鸟 冬 天
动物的保护色与拟态
枯 叶 蝶
竹 节 虫
拟态仿生
拟态仿生
坦克的迷彩着装
拟态仿生
拟态仿生
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
力学仿生
.生物与造船 .生物与飞机 .生物与建筑
仿生材料PPT课件
田径比赛
起跑姿势:下蹲式(仿袋鼠在跳跃前总是把腿收缩起来再跳 游泳姿势:蛙泳式(仿游泳能手青蛙)
比直立式更快)
第二节 人类仿生的发展历史
鲁班 观察丝矛草叶子
仿其边缘的细齿结构
发明锯子
观察鱼在水中的游泳 仿鱼类的形体 发明木船 仿鱼尾巴摇摆而游动、转弯 发明木浆、橹和舵 鲁班 观察鸟的飞翔 用竹木作鸟“成而飞之,三日不下” 达· 芬奇 解剖鸟的身体并观察其飞行 制造扑翼机 (飞机的雏型)
第一章 绪 论
第一节 仿生学
蜘蛛丝的强韧性; 蜻蜓出色的飞行本领; 苍蝇的多种特殊功能; 孔雀、蝴蝶美丽的翅膀; 夜间活动型蛾(Night Moth)的眼 蜂巢奇妙的构造; 蟑螂灵敏的感知能力; 啄木鸟的脑壳有最紧密组织的抗震骨骼; 墨鱼的瞬间加速可以达到每小时20哩; 蜂鸟飞行600哩旅程耗費不到十分之一盎司的能量; 荷花叶面有绝佳的抗污性 (self-cleaning properties )
主要参考资料:
1. 2. 3. 4. 5.
6.
《Nature》近期杂志。 《Science》近期杂志。 《Biomacromolecules》近期杂志。 《Advanced Materials》近期杂志。 《International Journal of Biological Macromolecules》近期杂志。 仿生材料,崔福斋、郑传林编著,化学工业 出版社(2004)。
大象的奇妙行为-怪异的步伐
大象的奇妙行为
大象属于恒温动物 大象能承受的体温变化较大 大象居于炎热地带 其散热方式和身体结构有关。
大象的奇妙行为
大象的沟通方式很复杂。 同步前进相隔很远的象群是怎样进行 遥感沟通的?
眼睛与仿生学ppt
虚拟现实与增强现实
仿生眼可以用于虚拟现实和增强现实技术,提供更真实、更自然的 视觉体验。
安全领域的应用
监控与安保
仿生眼可以用于监控和安保领域 ,提高安全防范的效率和准确性 。
军事侦察
仿生眼可以用于军事侦察领域, 提供高清晰度、高分辨率的图像 信息。
05
仿生眼面临的挑战与解决 方案
技术挑战
精度与稳定性
眼睛与仿生学
目录
• 眼睛的生物学特性 • 仿生学的定义与原理 • 仿生眼的设计与实现 • 仿生眼的应用前景 • 仿生眼面临的挑战与解决方案 • 结论与展望
01
眼睛的生物学特性
眼睛的结构
角膜
透明组织,具有屈光作用,保 护眼球内部结构。
虹膜
调节光线进入眼内的数量,控 制瞳孔的大小。
晶状体
透明、弹性组织,调节焦距, 使光线聚焦在视网膜上。
高导电性材料
用于制造传感器,以实现 电信号的传输。
仿生眼的制造工艺
微纳制造技术
用于制造仿生眼的各种微 小结构,如角膜、晶状体 等。
3D打印技术
用于制造仿生眼的复杂结 构,如视网膜等。
表面处理技术
用于提高仿生眼的光学性 能和机械性能。
04
仿生眼的应用前景
医学领域的应用
视力障碍治疗
仿生眼可以作为人工视觉假体植入眼球,为视力 障碍患者提供视觉感知,改善生活质量。
觉功能。
光学系统设计
仿生眼的光学系统设计需要解决光 线聚焦和成像问题,以确保仿生眼 能够清晰地看到物体。
传感器设计
仿生眼的传感器需要能够感知光线 并转换为电信号,以实现视觉感知。
仿生眼的材料选择
01
02
03
高透光性材料
仿生眼可以用于虚拟现实和增强现实技术,提供更真实、更自然的 视觉体验。
安全领域的应用
监控与安保
仿生眼可以用于监控和安保领域 ,提高安全防范的效率和准确性 。
军事侦察
仿生眼可以用于军事侦察领域, 提供高清晰度、高分辨率的图像 信息。
05
仿生眼面临的挑战与解决 方案
技术挑战
精度与稳定性
眼睛与仿生学
目录
• 眼睛的生物学特性 • 仿生学的定义与原理 • 仿生眼的设计与实现 • 仿生眼的应用前景 • 仿生眼面临的挑战与解决方案 • 结论与展望
01
眼睛的生物学特性
眼睛的结构
角膜
透明组织,具有屈光作用,保 护眼球内部结构。
虹膜
调节光线进入眼内的数量,控 制瞳孔的大小。
晶状体
透明、弹性组织,调节焦距, 使光线聚焦在视网膜上。
高导电性材料
用于制造传感器,以实现 电信号的传输。
仿生眼的制造工艺
微纳制造技术
用于制造仿生眼的各种微 小结构,如角膜、晶状体 等。
3D打印技术
用于制造仿生眼的复杂结 构,如视网膜等。
表面处理技术
用于提高仿生眼的光学性 能和机械性能。
04
仿生眼的应用前景
医学领域的应用
视力障碍治疗
仿生眼可以作为人工视觉假体植入眼球,为视力 障碍患者提供视觉感知,改善生活质量。
觉功能。
光学系统设计
仿生眼的光学系统设计需要解决光 线聚焦和成像问题,以确保仿生眼 能够清晰地看到物体。
传感器设计
仿生眼的传感器需要能够感知光线 并转换为电信号,以实现视觉感知。
仿生眼的材料选择
01
02
03
高透光性材料
综合实践仿生学.最全优质PPT
子弹头列车设计灵感来自翠鸟的喙
• 翠鸟从空中一头扎入水中,不会溅起任何水花,这主要归功于它那特殊形 状的喙。日本工程师们意识到,同样的形状可以解决日本超高速子弹头列 车所面临的一个烦人问题。此前,这种列车在驶离隧道时会产生音爆现象。 列车在高速行驶中,前部“鼻子”形成的风墙不仅仅会产生巨大的噪音, 而且还会减慢列车的速度。而根据翠鸟喙部形状设计的新型列车“鼻子” 可以消除这些问题,可以帮助列车能效提高20%。
仿生人类耳朵的无线电芯片
• 这种无线电芯片比人类设计的任何频谱分析仪都要快,而且它几乎不 需要电能。这种技术之所以能够成为现实,就在于它模仿了人类的耳 朵。美国麻省理工学院的研究人员对耳蜗转换声波的方式进行了深入 研究。声波在内耳中产生机械波,它可以激发微型毛发电池从而产生 电信号。麻省理工学院研制的人造耳蜗无线电芯片就是采用了这种设 计原理。这种芯片可以接收手机、互联网、收音机和电视等多种信号
人类牙齿结构与航空科技
如果工程师们能够在某种合成材料中找到这种不稳定的多层结构,并以某种方式进行复制,就可以研制出一种更轻、抗撞击能力更强 的航空材料。 科学家对于生物学的研究也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。 仿生人类耳朵的无线电芯片 人类牙齿结构与航空科技 美国麻省理工学院的研究人员对耳蜗转换声波的方式进行了深入研究。 声波在内耳中产生机械波,它可以激发微型毛发电池从而产生电信号。 当然,这种自愈合的过程可能需要很长时间才可以实现。 这种芯片可以接收手机、互联网、收音机和电视凯,王子 贤,逍遥蕊。
源自猫大脑的仿生计算机
• 近年来,计算机技术已经取得了重 大进展,但即使再强大的超级计算 机也无法像猫那样能够识别出人类 的面部。密歇根大学科学家决定研 究猫的大脑以研制一台智能计算机。 现有的计算机以线性模式执行代码, 而哺乳动物的大脑则完全相反,它 们可以同时处理许多事务。科学家 正在研制一种电路元件,这种设备 可以像仿生神经键一样处理事务。 它可以记住通过的电压数,这与动 物大脑中的记忆和学习功能相似。 密歇根大学计算机工程师卢韦认为, 这种创意比仿生人类大脑更具现实 意义。
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蜻蜓与平衡重锤
蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流,井利用 气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒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72km/小 时。此外,蜻蜒的 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。蜻蜒依靠加重的翅痣 在高速飞行时安然无恙,于是人们仿效蜻蜒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。
这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的 有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的 输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
甲虫与炮弹 气步甲炮虫自卫时,可喷射出具有恶臭的高温液体 “炮弹”,以迷惑、刺激和 惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室,分别储有二元酚溶液、 双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶 混合发生化学反应, 瞬间就成为100℃的毒液,并迅速射出。这种原理已应用于军事技术中。二战 期间,德国纳粹为了战争的需要,据此机理制造出了一种功率极大且性能安全 可靠的新型发动机,安装在飞航式导弹上,使之飞行速度加快,安全稳定,命 中率提高,英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷 射原理的 启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物 质分装在两个隔开的容器中,炮弹发射后隔膜破裂,两种毒剂中间体在弹体飞 行的8—10秒内混合并发生反应,在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌 人。它们易于生产、储存、运输,安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转 变成光能,且转化效率达100%,而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤 火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍,大大节约了能量。另 外,根据甲 虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事 业中。
鱼漂与潜水艇 潜水艇 潜水艇是怎能样发明的呢?为了让一种船既能在水面划,又能在海底 游,科学家观察到了鱼这种动物。 鱼肚中有一种东西叫鱼鳔,里面装满了空气。在鱼想潜到水底时,将鱼鳔中 的空气排出,浮力就立刻变小了,鱼可自由地沉下水面。而潜水艇中也有一种 机器,里面也装满了空气,将空气一排出,潜水艇便能沉下水底。科学家是按 这个原理制造的潜水艇。 看,我们如今已经很高级的潜水艇,原来它们是利用鱼鳔原理而做的。 是的, 生活中若没有动物,人类将会失去很多发明的机会。可以说,动物对人类生活 也有很大的帮助。
每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经 细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神 经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲 的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台 灵敏的气体分析仪。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和 功能,仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这 种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是 把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引 导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析 器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警 报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用 来检测舱内气体的成分。
鱼漂与潜水艇
甲虫
蜻蜓
苍蝇
仿生学
403第二小组
苍蝇与小型气体分:
令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它 们紧密地联系起来了。
苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,析仪 都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。 但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻 子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。