源于生命灵感-仿生学

源于生命的灵感 仿生学 主要内容 仿生学概念仿生学的研究方法仿生与工程技术 一 仿生学简介 仿生学 Bionics 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 凤蓬草轮子鱼尾船橹人眼晶状体透镜生物电电池鸟飞机 生活中的仿生学 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 仿生学植物鱼类鸟类哺乳动物 动物体的结构对功能的适应性 二仿生学的研究方法 信息仿生控制仿生拟态仿生力学仿生化学仿生整体仿生仿生材料 三仿生学在工程技术中的应用 研究的是生物机构与外界环境 生物个体之间 生物体内各部分间的信息接收 存储 处理与利用的机理 以及将其移植于技术系统之中的方法 并最终制成类似于生物系统的计算系统和信息接收处理系统 青蛙与电子蛙眼水母与电子耳电子鸽眼 电子鼻 电子耳等 信息仿生 信息仿生 青蛙与电子蛙眼 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 青蛙的视觉系统 信息仿生 青蛙与电子蛙眼 神经节细胞有4种 边缘侦察器 感受外围物体的边缘 昆虫侦察器 感受移动的昆虫 事件侦察器 感受亮度的变化 光强减弱感受器 感受光线减弱时阴影的暗色部分 电子蛙眼 人造卫星跟踪系统 雷达系统 信息处理系统等 水母耳 风暴预测仪可提前15小时左右预报风暴 水母耳与电子耳 耳 细柄上的小球 中有小小的听石 上面布满神经感受器 能听到风暴产生时发出的次声波 由空气和波浪摩擦而产生 频率为8赫兹 13赫兹 传播比风暴 波浪的速度快 信息仿生 研究生物机体控制系统的结构与功能原理 并用这些原理去改进现有的或建造新型的自动控制系统 当前研究较多的是体内稳态 反馈调节 肢体运动控制 动物的定向与导航 生态系统的涨落和人 机合作 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 控制仿生 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 研制出现代夜视仪 空对空响尾蛇导弹以及仿生红外探测器 蛇的红外探测 控制仿生 蝙蝠的捕食 蝙蝠与超声波 蝙蝠的声纳信息处理 根据蝙蝠的回声探测器制成供盲人使用的 探路仪 和 盲人眼镜 控制仿生 夜蛾的反雷达技术 听觉系统 反雷达技术使夜蛾死里逃生 夜蛾胸腹之间有一对鼓膜器 可以从很强的背景噪声中分辨出蝙蝠发出的超声波 其身上厚密的绒毛还能吸收蝙蝠发射的探测超声波 从而在天敌面前处于 隐身 状态 科学家通过把夜蛾身上绒毛状的材料用于飞机 舰船等装备 大大减少了目标被雷达 红外线和超声波发现的概率 控制仿生 拟态仿生 动物的拟态与保护色 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 研究和模拟的是生物机体外部形态和内部结构的力学原理研究最多的是植物的茎 叶以及动物体形 肌肉 骨骼的结构力学原理和动物的飞行 游泳 血液循环系统的流体力学原理模拟形式 形体模仿 结构模仿常见种类生物与造船生物与飞机生物与建筑 力学仿生 生物与造船 体形的模仿 俄罗斯海军新型核潜艇 模仿鳕鱼 鲇鱼外形建造的 复仇号 帆船 生物与造船 结构的模仿 模仿鱼和鲸体表粘液合成了几种人工粘液 以减小湍流 模仿鲸的胸鳍给船装上了船鳍 鹰击长空 啸傲云天 生物与飞机 飞鸟的体形和翅膀在滑进飞行时与飞机的飞行极为相似 生物与飞机 昆虫与飞机 飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤 昆虫飞行时翅膀的运动很复杂 其角度的变化控制比目前的飞行自动驾驶仪还好 生物与建筑 艺术珍品 澳大利亚悉尼歌剧院 舱体结构 东京中银舱体楼 美国佛罗里达的未来世界博物馆 薄壳结构 研究和模拟的是生物体中的各类化学反应 包括酶学原理 选择性生物膜和生物结构的能量转换 生物发光 生物发电等 人工嗅觉仿生物膜 化学仿生 嗅敏检测仪 嗅敏电阻是一类以SnO2为主体的金属半导体 它是一种表面效应很强的材料 狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控制 将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白 当气味辨别蛋白将不同的气味辨别后 被辨别出的特定的气味信号 立即被嗅觉细胞传递给大脑 大脑便知道了所闻到的是一种什么气味 人工嗅觉 仿生物膜 细胞膜 流动镶嵌模型脂双层形成框架 蛋白质镶嵌其中 具有动态特点 人工膜的特点化学组成和厚度与天然膜相似 能有效地分开两种不同的水相 具有结构和化学两侧不对称性 易于操作 能用来研究膜的向量功能 如传递等 机器人检修宇宙飞船 整体仿生 第一代是示教再现型机器人 机器人有部分电脑化控制能力 但最后的决策仍然是人类 第二代是感觉机器人 人类指派任务以后 机器人有足够的智慧完成工作 不必实时指导 第三代是智能机器人 机器人几乎不必由人类控制 智能机器人生物计算机 自动化机器人从月球土壤中提取气体 侧向运动时 蛇身体只有几个点接触地面 为了减少与高温沙漠接触 沙漠蛇多半采用这种运动形式在狭窄的空间内 蛇无法摆动 只能采用直线和伸缩的方式向前运动大多时候 蛇采用蜿蜒运动的方式前进 这是它效率最高的运动方式蛇形机器人 而且这种蛇形机器人能够适应外星球 比如月球 火星等等这种未知的环境来做一些探察工作 蛇形机器人 仿生和智能材料 仿生材料仿制天然生物材料或具有生物功能 甚至是真正有生物活性的材料 智能材料定义指模仿生物系统中同时具有感知和驱动双重功能的材料 又称机敏材料 感知 反馈和响应是智能材料的三大要素 如变色玻璃 形状记忆合金 增韧氧化锆陶瓷 正