仿生学 ( 3).ppt

《仿生学概论》课程结业报告姓名:学号:班级:
课程结业报告
1 仿生学及其应用
2 课程学习体会

(1)仿生学的概念和学科特点;
(2)仿生学的诞生和发展历程;
(3)仿生学的研究方向和内容;
(4)仿生学的研究方法、步骤;
(5)仿生学的应用概述;
(1)仿生学的概念和学科特点;
仿生学是一门模仿生物的特殊本领,利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学技术。仿生学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。从仿生学的诞生,发展到现在短短几十年时间内,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。
仿生学的概念
仿生学的学科特点
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。
(2)仿生学的诞生和发展历程;
1960年9月13日,一门新的科学诞生了。这一天,在美国召开了第一届仿生学讨论会,有30名讲演者和大约700名听众参加了这次会议。会上, 斯蒂尔博士为仿生学下了这样的定义:“仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统,或者使人造的技术系统具有或类似于生物系统特征的科学。”
简单一句话,仿生学就是“模仿生物的科学”。
仿生学的诞生
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。劳动创造了人类。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具,从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上,而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物,通过创造性的劳动增加自己的本领。
人类仿生的行为虽然早有雏型,但是在20世纪40年代以前,人们并没有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。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。而工程技术人员更多的依赖于他们卓越的智慧,辛辛苦苦的努力,进行着人工发明。他们很少有意识的向生物界学习。
随着生产的需要和科学技术的发展,从20世纪50年代以来,人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一,自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。
人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究,促进了生物学的极大发展,对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。
仿生学的发展历程
(3)仿生学的研究方向和内容;
仿生学的研究范围主要包括:
力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。

◇力学仿生是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质,以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如,建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑,模仿股骨结构建造的立柱,既消除应力特别集中的区域,又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构,把人工海豚皮包敷在船舰外壳上,可减少航行揣流,提高航速。
◇分子仿生是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后,合成了一种类似有机化合物,在田间捕虫笼中用千万分之一微克,便可诱杀雄虫。
◇能量仿生是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。
◇信息与控制仿生是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理,研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上,并在此基础上构造出新型计算机。
(4)仿生学的研究方法、步骤;
仿生学的主要研究方法就是提出模型,进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段:
首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题,将研究所得的生物资料予以简化,吸收对技术要求有益的内容,取消与生产技术要求无关的因素,得到一个生物模型;
第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析,并使其内在的联系抽象化,用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型;
最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中,不仅仅是简单的仿生,更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复,才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果,使最终建成的机器设备将与生物原型不同,在某些方面