仿生学课件

拟态仿生
• 拟态是生物体对环境适应的一种方式， 在生物界普遍存在。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”， 可躲避天敌，成功捕食。 • 将拟态现象应用到工程技术中就叫拟 态仿生。 • 拟态仿生在军事工程中的应用很广泛。
拟态
变色
枯 叶 蝶
The outline (外形) of the bird
airplane
蜘蛛丝是世界上最坚韧的纤维之 一，美国杜邦公司投入很大力量研究 天然蜘蛛丝的结构、性能及生长机理， 研制出仿生蛛丝纤维。比已有的人造 纤维具有更高的强度、弹性和抗磨能 力。
仿生学
Bionics
1960年9月，美国第一届仿生学讨论会的召 开，标志着仿生学的诞生。 仿生学的创始人是美国军事学家斯蒂尔。
• 在1960年第一届仿生学会议上，设计了 一个仿生学的符号：一个数学的积分号 (代表数学)，一端连接一把解剖刀(代表 生物科学)，另一端连接一招电烙铁(代表 电子技术、技术科学)，这个图案很形象 地表征了仿生学新颖的研究内容、独特 的研究方法和整个研究历程。
仿生学是研究生物系统的结构和性质，为工程技术 提供新的设计思想及工作原理的科学。 仿生学的研究主要包括：力学仿生、分子（化学） 仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是主要领域。 一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是 由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成 为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究 是仿生学研究的主攻方面。
探索和模拟生物系统各机体的奥 秘，借以推动科学技术的发展
仿生学是研究生物系统的结构和性质，以为工程技
术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词 是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式 的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性质”的意思)构成 的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、 或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物 系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化 中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一 般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。
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悉尼的象征——远航归来的船队(歌剧院)
下列建筑物是薄壳结构屋顶， 既美观又实用。
建筑与仿生
• “鸟巢”外形结构主要由 巨大的门式钢架组成， “鸟巢”结构精巧、造型 美观，在建筑风格上独树 一帜。而且设计师在师法 自然的同时，一直贯穿着 节俭和可持续发展的“绿 色”设计思想。建筑师和 工程师们为贯彻奥运“瘦 身”精神，他们缩减工程 预算，重新修改体育场结 构，去掉可开启的屋顶， 扩大顶棚开口，完整保留 了原设计的特点与精华。 别具匠心的是，“鸟巢” 的．整个体育场室外地形 设计微微隆起，将很多附 属设施置于地形下面
• 荷兰鹿特丹的“城市 仙人掌”：是一个坐 落在荷兰的住宅工程， 它将在19层楼中提供 98个居住单元。多亏 了这种错落有致的曲 线阳台的设计，每个 单元的室外空间能够 得到足够的阳光。
Experiment : hold an egg tightly(紧紧地) in your hand. Can you make it broken easily?
乌龟的背甲与薄壳建筑
蛋壳、乌龟壳和贝壳等有弯曲的表面， 它们虽薄，却很耐压，这种结构就叫薄 壳结构。 • 薄壳结构省料、刚度大，外观又能 做成各种美丽的流线型造型，广泛用于 各种大跨度的建筑物中，如贝壳似的餐 厅、市场等。 •
竹 节 虫
冬天白色
夏天黑色
力学仿生
蝴蝶
蝴蝶翅膀上的鳞片
人造卫星
长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由 于长颈鹿的血压很高。据测定，长颈鹿的血压比人的正 常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患脑 溢血而死亡呢？这与长颈鹿身体的结构有关。首先，长 颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，控制血流 量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利 于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示,在宇宙飞 船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血 管压力的原理，研制了飞行服──“抗荷服”。抗荷服上 安有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以充入 一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使宇航员 的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位是套入抽 去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血 压，利于身体上部的血液向下肢输送。
The grass with sawtooth(锯齿) on the edge(边缘)
ห้องสมุดไป่ตู้
• 传说中鲁班因树叶划破手指而发明了锯 子就是一个古老而生动的例子。现代文 明中这样的例子也不胜枚举，譬如模仿 鸟制成的飞机，模仿鱼制成的潜艇，模 仿眼睛制成的相机，这些都蕴含着仿生 的概念。
锯
saw
sawtooth
• 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。潜艇专家从 鲸鱼每隔10分钟必须破冰吸一次气中得 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”。
海豚
虎鲸（两条）
• 潜艇（俄罗斯“奥斯卡”级）
• 海豚是游泳能手，时速可达53千米，在 追捕食物和逃避敌害时，速度还能增大 一倍。主要原因是海豚的体形呈良好的 流线型，还有特殊的皮肤结构像个很好 的消振器，所以海豚在水中受到的阻力 很小。现代潜艇的外形很像海豚，还在 潜艇表面上覆盖人造海豚皮，使潜艇在 水中受到的阻力至少降低一半，使潜艇 的速度大大提高，也节约了燃料。
仿生学的研究方法
仿生学的研究范围
• • • • 力学仿生 分子仿生 能量仿生 信息与控制仿生
研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以 研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质， 研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、 是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把 及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息 以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环 通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成 化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程 处理过程 境中运动的动力学性质。