參與評(píng)論

評(píng)論

登錄后參與評(píng)論

全部評(píng)論(6條)

• 

  lladdlladdllad 2008-04-05 00:00:00

  [仿生學(xué)] 仿生學(xué)（bionics）在具有生命之意的希臘語(yǔ)bion上，加上有工程技術(shù)涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的機(jī)械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實(shí)現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經(jīng)功能）、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機(jī)械設(shè)計(jì)方面給了很大啟發(fā)?？膳e出的仿生學(xué)例子，如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)（游泳時(shí)能使身體表面不產(chǎn)生紊流）應(yīng)用到潛艇設(shè)計(jì)原理上。仿生學(xué)也被認(rèn)為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機(jī)械原理加以比較，進(jìn)行研究和解釋的一門學(xué)科。 蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰(shuí)都討厭它?？墒巧n蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動(dòng)陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”?！跋壯弁哥R”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機(jī)”，一次就能照出千百?gòu)埾嗤南嗥?。這種照相機(jī)已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計(jì)算機(jī)的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量?！跋壯弁哥R”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。 自然界形形的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機(jī)器？這里要介紹的一門新興科學(xué)——仿生學(xué)。 仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在本世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非?？捎^。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。

  贊(11)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論

• 

  qhiadce63301 2008-04-07 00:00:00

  仿生設(shè)計(jì)學(xué) 仿生設(shè)計(jì)學(xué)，亦可稱之為設(shè)計(jì)仿生學(xué)（Design Bionics），它是在仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科，主要涉及到數(shù)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、控制論、信息論、人機(jī)學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)、倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科。 仿生設(shè)計(jì)學(xué)與舊有的仿生學(xué)成果應(yīng)用不同，它是以自然界萬事萬物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”等為研究對(duì)象，有選擇地在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)的研究成果，為設(shè)計(jì)提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上，仿生設(shè)計(jì)學(xué)可以說是仿生學(xué)的延續(xù)和發(fā)展，是仿生學(xué)研究成果在人類生存方式中的反映。 仿生設(shè)計(jì)學(xué)作為人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)與自然界的鍥合點(diǎn)，使人類社會(huì)與自然達(dá)到了高度的統(tǒng)一，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過程中新的亮點(diǎn)。 自古以來，自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉。生物界有著種類繁多的動(dòng)植物及物質(zhì)存在，它們?cè)诼L(zhǎng)的進(jìn)化過程中，為了求得生存與發(fā)展，逐漸具備了適應(yīng)自然界變化的本領(lǐng)。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領(lǐng)，吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７?。人類運(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)能力，開始了對(duì)生物的模仿，并通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，制造出簡(jiǎn)單的工具，增強(qiáng)了自己與自然界斗爭(zhēng)的本領(lǐng)和能力。 人類Z初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創(chuàng)造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想象出來的，只能說是對(duì)自然中存在的物質(zhì)及某種構(gòu)成方式的直接模擬，是人類初級(jí)創(chuàng)造階段，也可以說是仿生設(shè)計(jì)的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發(fā)展的基礎(chǔ)。 在我國(guó)，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營(yíng)巢，以防御猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”，即見到隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建筑結(jié)構(gòu)來看，頗有點(diǎn)像大象的架勢(shì)，柱子又圓又粗，仿佛像大象的腿。 我國(guó)古代勤勞勇敢的勞動(dòng)人民對(duì)于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據(jù)秦漢時(shí)期史書記載，兩千多年前，我國(guó)人民就發(fā)明了風(fēng)箏，并且應(yīng)用于軍事聯(lián)絡(luò)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，魯國(guó)匠人魯班，本名公輸般，首先開始研制能飛的木鳥；并且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發(fā)明了鋸子。據(jù)《杜陽(yáng)雜編》記載，唐朝有個(gè)韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動(dòng)靜與真無異，以關(guān)戾置于腹內(nèi)，發(fā)之則凌云奮飛，可高達(dá)三丈至一二百步外，始卻下?！蔽鳚h時(shí)期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高臺(tái)上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國(guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)鳥類的撲翼和飛行，進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究，這也是Z早的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)之一。明代發(fā)明的一種火箭武器“神火飛鴉”，也反映了人們向鳥類借鑒的愿望。 我國(guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)水生動(dòng)物——魚類的模仿也卓有成效。通過對(duì)水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓，由此取得水上運(yùn)輸?shù)淖杂?。后來隨制作水平提高而出現(xiàn)的龍船，多少受到了不少動(dòng)物外形的影響。古代水戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水”，多少有點(diǎn)模仿動(dòng)物的意思。以上事例說明，我國(guó)古代勞動(dòng)人民早期的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)，為開發(fā)我國(guó)光輝燦爛的古代文明，創(chuàng)造了非凡的業(yè)績(jī)。 外國(guó)的文明史上，大致也經(jīng)歷了相似的過程。在包含了豐富生產(chǎn)知識(shí)的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發(fā)明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的腭骨的形狀受到啟示而創(chuàng)造出來的。十五世紀(jì)時(shí)，德國(guó)的天文學(xué)家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機(jī)械鷹，并進(jìn)行了飛行表演。 一八ОΟ年左右，英國(guó)科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人之一—?jiǎng)P利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu)。凱利還模仿鳥翅設(shè)計(jì)了一種機(jī)翼曲線，對(duì)航空技術(shù)的誕生起了很大的促進(jìn)作用。同一時(shí)期，法國(guó)生理學(xué)家馬雷，對(duì)鳥的飛行進(jìn)行了仔細(xì)的研究，在他的著作《動(dòng)物的機(jī)器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關(guān)系。德國(guó)人亥姆霍茲也從研究飛行動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對(duì)鳥類飛行器官的詳細(xì)研究和認(rèn)真的模仿，根據(jù)鳥類飛行機(jī)構(gòu)的原理，終于制造了能夠載人飛行的滑翔機(jī)。 后來，設(shè)計(jì)師又根據(jù)鶴的體態(tài)設(shè)計(jì)出了掘土機(jī)的懸臂，在一戰(zhàn)期間，人們從毒氣戰(zhàn)幸存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設(shè)計(jì)出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運(yùn)用了哪些原理？雖然我們無據(jù)考察潛艇設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)潛艇時(shí)是否請(qǐng)教了生物界，但是不難設(shè)想，設(shè)計(jì)師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動(dòng)物，體育工作者就是認(rèn)真研究了青蛙在水中的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，總結(jié)出一套既省力、又快速的游泳動(dòng)作——蛙泳。另外，為潛水員制作的蹼，幾乎完全按照青蛙的后肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動(dòng)能力。 二、仿生設(shè)計(jì)的歷史 自古以來，自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉。生物界有著種類繁多的動(dòng)植物及物質(zhì)存在，它們?cè)诼L(zhǎng)的進(jìn)化過程中，為了求得生存與發(fā)展，逐漸具備了適應(yīng)自然界變化的本領(lǐng)。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領(lǐng)，吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７?。人類運(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)能力，開始了對(duì)生物的模仿，并通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，制造出簡(jiǎn)單的工具，增強(qiáng)了自己與自然界斗爭(zhēng)的本領(lǐng)和能力。 人類Z初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創(chuàng)造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想象出來的，只能說是對(duì)自然中存在的物質(zhì)及某種構(gòu)成方式的直接模擬，是人類初級(jí)創(chuàng)造階段，也可以說是仿生設(shè)計(jì)的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發(fā)展的基礎(chǔ)。 在我國(guó)，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營(yíng)巢，以防御猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”，即見到隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建筑結(jié)構(gòu)來看，頗有點(diǎn)像大象的架勢(shì)，柱子又圓又粗，仿佛像大象的腿。 我國(guó)古代勤勞勇敢的勞動(dòng)人民對(duì)于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據(jù)秦漢時(shí)期史書記載，兩千多年前，我國(guó)人民就發(fā)明了風(fēng)箏，并且應(yīng)用于軍事聯(lián)絡(luò)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，魯國(guó)匠人魯班，本名公輸般，首先開始研制能飛的木鳥；并且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發(fā)明了鋸子。據(jù)《杜陽(yáng)雜編》記載，唐朝有個(gè)韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動(dòng)靜與真無異，以關(guān)戾置于腹內(nèi)，發(fā)之則凌云奮飛，可高達(dá)三丈至一二百步外，始卻下?！蔽鳚h時(shí)期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高臺(tái)上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國(guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)鳥類的撲翼和飛行，進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究，這也是Z早的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)之一。明代發(fā)明的一種火箭武器“神火飛鴉”，也反映了人們向鳥類借鑒的愿望。 我國(guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)水生動(dòng)物——魚類的模仿也卓有成效。通過對(duì)水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓，由此取得水上運(yùn)輸?shù)淖杂?。后來隨制作水平提高而出現(xiàn)的龍船，多少受到了不少動(dòng)物外形的影響。古代水戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水”，多少有點(diǎn)模仿動(dòng)物的意思。以上事例說明，我國(guó)古代勞動(dòng)人民早期的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)，為開發(fā)我國(guó)光輝燦爛的古代文明，創(chuàng)造了非凡的業(yè)績(jī)。 外國(guó)的文明史上，大致也經(jīng)歷了相似的過程。在包含了豐富生產(chǎn)知識(shí)的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發(fā)明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的腭骨的形狀受到啟示而創(chuàng)造出來的。十五世紀(jì)時(shí)，德國(guó)的天文學(xué)家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機(jī)械鷹，并進(jìn)行了飛行表演。 一八ОΟ年左右，英國(guó)科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人之一—?jiǎng)P利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu)。凱利還模仿鳥翅設(shè)計(jì)了一種機(jī)翼曲線，對(duì)航空技術(shù)的誕生起了很大的促進(jìn)作用。同一時(shí)期，法國(guó)生理學(xué)家馬雷，對(duì)鳥的飛行進(jìn)行了仔細(xì)的研究，在他的著作《動(dòng)物的機(jī)器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關(guān)系。德國(guó)人亥姆霍茲也從研究飛行動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對(duì)鳥類飛行器官的詳細(xì)研究和認(rèn)真的模仿，根據(jù)鳥類飛行機(jī)構(gòu)的原理，終于制造了能夠載人飛行的滑翔機(jī)。 后來，設(shè)計(jì)師又根據(jù)鶴的體態(tài)設(shè)計(jì)出了掘土機(jī)的懸臂，在一戰(zhàn)期間，人們從毒氣戰(zhàn)幸存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設(shè)計(jì)出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運(yùn)用了哪些原理？雖然我們無據(jù)考察潛艇設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)潛艇時(shí)是否請(qǐng)教了生物界，但是不難設(shè)想，設(shè)計(jì)師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動(dòng)物，體育工作者就是認(rèn)真研究了青蛙在水中的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，總結(jié)出一套既省力、又快速的游泳動(dòng)作——蛙泳。另外，為潛水員制作的蹼，幾乎完全按照青蛙的后肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動(dòng)能力。 三、仿生設(shè)計(jì)的發(fā)展 到了近代，生物學(xué)、電子學(xué)、動(dòng)力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展亦促進(jìn)了仿生設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展。以飛機(jī)的產(chǎn)生為例： 在經(jīng)過無數(shù)次模仿鳥類的飛行失敗后，人們通過不泄的努力，終于找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時(shí)，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，于是翅膀就產(chǎn)生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大。 1852年，法國(guó)人季法兒發(fā)明了氣球飛船；1870年，德國(guó)人奧托.利連塔爾制造了diyi架滑翔機(jī)。利連塔爾是十九世紀(jì)末的一位具有大無畏冒險(xiǎn)精神的人，他望著家鄉(xiāng)波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅(jiān)信人能飛行。1891年，他開始研制一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機(jī)，自己還進(jìn)行試飛；此后五年，他進(jìn)行了2000多次滑翔飛行，并同鳥類進(jìn)行了對(duì)比研究，提供了很有價(jià)值的資料。資料證明：氣流流經(jīng)機(jī)翼上部曲面所走路程，比氣流流經(jīng)機(jī)翼下平直表面距離較長(zhǎng)，因而也較快，這樣才能保證氣流在機(jī)翼的后緣點(diǎn)匯合；上部氣流由于走的較快，它就較為稀薄，從而產(chǎn)生強(qiáng)大吸力，約占機(jī)翼升力的三分之二大?。黄溆嗟纳碜砸硐職饬鲗?duì)機(jī)翼的壓力。 19世紀(jì)末，內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)，給了人類有史以來一直夢(mèng)寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風(fēng)伴鳥一起飛翔的翅膀。 萊特兄弟發(fā)明了真正意義上的飛機(jī)。在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制作過程中，怎樣使飛機(jī)拐彎和怎樣使它穩(wěn)定一直困擾著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一只翅膀下落，靠轉(zhuǎn)動(dòng)這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩(wěn)定和平衡。這兩個(gè)人給他們的滑翔機(jī)裝上翼梢副翼進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)，由地面上的人用繩控制，使之能轉(zhuǎn)動(dòng)或彎翹。他們的第二個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)是用操縱飛機(jī)后部一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的方向舵來控制飛機(jī)的方向，通過方向舵使飛機(jī)向左或向右轉(zhuǎn)彎。 后來，隨著飛機(jī)的不斷發(fā)展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡(jiǎn)單，更加實(shí)用。機(jī)身和單曲面機(jī)翼都呈現(xiàn)出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機(jī)的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現(xiàn)代，科學(xué)高度發(fā)展但環(huán)境破*、生態(tài)失衡、能源枯竭，人類意識(shí)到了重新認(rèn)識(shí)自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認(rèn)識(shí)到仿生設(shè)計(jì)學(xué)對(duì)人類未來發(fā)展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國(guó)俄亥俄州召開了diyi次仿生學(xué)討論會(huì)，成為仿生學(xué)的正式誕生之日。 此后，仿生技術(shù)取得了飛躍的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。仿生設(shè)計(jì)亦隨之獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，一大批仿生設(shè)計(jì)作品如智能機(jī)器人、雷達(dá)、聲納、人工臟器、自動(dòng)控制器、自動(dòng)導(dǎo)航器等等應(yīng)運(yùn)而生。 近代，科學(xué)家根據(jù)青蛙眼睛的特殊構(gòu)造研制了電子蛙眼，用于監(jiān)視飛機(jī)的起落和跟蹤人造衛(wèi)星；根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理仿照鴨子頭形狀而設(shè)計(jì)的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對(duì)螢火蟲和海蠅地發(fā)光原理的研究，獲得了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能的新方法，從而研制出化學(xué)熒光燈等等。 目前，仿生設(shè)計(jì)學(xué)在對(duì)生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時(shí)，還通過研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞等各種優(yōu)異特征，并把它運(yùn)用到技術(shù)系統(tǒng)中，改善已有的工程設(shè)備，并創(chuàng)造出新的工藝、自動(dòng)化裝置、特種技術(shù)元件等技術(shù)系統(tǒng)；同時(shí)仿生設(shè)計(jì)學(xué)為創(chuàng)造新的科學(xué)技術(shù)裝備、建筑結(jié)構(gòu)和新工藝提供原理、設(shè)計(jì)思想或規(guī)劃藍(lán)圖，亦為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了新的方向，并充當(dāng)了人類社會(huì)與自然界溝通信息的“紐帶”。 對(duì)人腦的探索，可以展望未來的電子計(jì)算機(jī)有可能具有生物原理的功能。同它相比，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)只能作為算盤。 對(duì)植物光合作用的研究，將為延長(zhǎng)人類的壽命、ZL疾病提供一個(gè)嶄新的醫(yī)學(xué)發(fā)展途徑。 對(duì)生物體結(jié)構(gòu)和形態(tài)的研究，有可能使未來的建筑、產(chǎn)品改變模樣。使人們從“城市”這個(gè)人造物理環(huán)境中重新回歸“自然”。 信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——“去鹽器”。對(duì)其“去鹽器”的結(jié)構(gòu)及其工作原理的研究，可以啟發(fā)人們?nèi)ジ纳婆f的或創(chuàng)造出新的海水淡化裝置。 白蟻能把吃下去的木質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂肪和蛋白質(zhì)，對(duì)其機(jī)理的研究，將會(huì)對(duì)人工合成這些物質(zhì)有所啟發(fā)。 同時(shí)仿生設(shè)計(jì)亦可對(duì)人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術(shù)，設(shè)計(jì)制造制造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關(guān)節(jié)、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細(xì)胞。專家預(yù)測(cè)，在本世紀(jì)中后期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以制造、傳遞養(yǎng)料及廢物，并能與氧氣及二氧化碳自動(dòng)結(jié)合并分離的液態(tài)碳?xì)浠衔锶斯ぱ?；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜制成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據(jù)活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質(zhì)，制成人工肝器；模擬心臟功能，用血液和單向?qū)?qū)動(dòng)裝置，組成人工心臟自動(dòng)循環(huán)器。 隨著對(duì)宇宙的開發(fā)、認(rèn)識(shí)，又將使人類不但認(rèn)識(shí)宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出地球上前所未有的新的裝置…… 仿生設(shè)計(jì)學(xué)的特點(diǎn)與研究?jī)?nèi)容 仿生設(shè)計(jì)學(xué)是仿生學(xué)與設(shè)計(jì)學(xué)互相交叉滲透而結(jié)合成的一門的邊緣學(xué)科，其研究范圍非常廣泛，研究?jī)?nèi)容豐富多彩，特別是由于仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)涉及到自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多學(xué)科，因此也就很難對(duì)仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行劃分。這里，我們是基于對(duì)所模擬生物系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的不同應(yīng)用而分門別類的。歸納起來，仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要有： 1、形態(tài)仿生設(shè)計(jì)學(xué)研究的是生物體（包括動(dòng)物、植物、微生物、人類）和自然界物質(zhì)存在（如日、月、風(fēng)、云、山、川、雷、電等）的外部形態(tài)及其象征寓意，以及如何通過相應(yīng)的藝術(shù)處理手法將之應(yīng)用與設(shè)計(jì)之中。 2、功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)主要研究生物體和自然界物質(zhì)存在的功能原理，并用這些原理去改進(jìn)現(xiàn)有的或建造新的技術(shù)系統(tǒng)，以促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代或新產(chǎn)品的開發(fā)。 3、視覺仿生設(shè)計(jì)學(xué)研究生物體的視覺器官對(duì)圖象的識(shí)別、對(duì)視覺信號(hào)的分析與處理，以及相應(yīng)的視覺流程；他廣泛應(yīng)用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)之中。 4、結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)學(xué)主要研究生物體和自然界物質(zhì)存在的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題，適用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)。研究Z多的是植物的莖、葉以及動(dòng)物形體、肌肉、骨骼的結(jié)構(gòu)。 從國(guó)內(nèi)外仿生設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展情況來看，形態(tài)仿生設(shè)計(jì)學(xué)和功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)是目前研究的ZD。在本文中，還將著重介紹形態(tài)仿生學(xué)和功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)的一些情況。 作為一門新興的邊緣交叉學(xué)科，仿生設(shè)計(jì)學(xué)具有某些設(shè)計(jì)學(xué)和仿生學(xué)的特點(diǎn)，但他又有別與這兩門學(xué)科。具體說來，仿生設(shè)計(jì)學(xué)具有如下特點(diǎn)： 1、 藝術(shù)科學(xué)性 仿生設(shè)計(jì)學(xué)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)的一個(gè)分支、一個(gè)補(bǔ)充。同其它設(shè)計(jì)學(xué)科一樣，仿生設(shè)計(jì)學(xué)亦具有它們的共同特性——藝術(shù)性。鑒于仿生設(shè)計(jì)學(xué)是以一定的設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)、以一定的仿生學(xué)理論和研究成果為依據(jù)，因此具有很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性。 2、 商業(yè)性 仿生設(shè)計(jì)學(xué)為設(shè)計(jì)服務(wù)，為消費(fèi)者服務(wù)，同時(shí)的仿生設(shè)計(jì)作品亦可刺激消費(fèi)、引導(dǎo)消費(fèi)、創(chuàng)造消費(fèi)。 3、 無限可逆性 以仿生設(shè)計(jì)學(xué)為理論依據(jù)的仿生設(shè)計(jì)作品都可以在自然界中找到設(shè)計(jì)的原型，該作品在設(shè)計(jì)、投產(chǎn)、銷售過程中所遇到的各種問題又可以促進(jìn)仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究與發(fā)展。仿生學(xué)的研究對(duì)象是無限的，仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究對(duì)象亦是無限的；同理，仿生設(shè)計(jì)的原型也是無限的，只要潛心研究大自然，我們永遠(yuǎn)不會(huì)有江郎才盡的一天。 4、 學(xué)科知識(shí)的綜合性 要熟悉和運(yùn)用仿生設(shè)計(jì)學(xué)，必須具備一定的數(shù)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、控制論、信息論、人機(jī)學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)、倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本知識(shí)。 5、 學(xué)科的交叉性 要深入研究和了解仿生設(shè)計(jì)學(xué)，必須在設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上，既要了解生物學(xué)、社會(huì)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，又要對(duì)當(dāng)前仿生學(xué)的研究成果有清晰的認(rèn)識(shí)。它是產(chǎn)生于幾個(gè)學(xué)科交叉點(diǎn)上的一種新型交叉學(xué)科。 五、仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法 仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法主要為“模型分析法”： 1、創(chuàng)造生物模型和技術(shù)模型 首先從自然中選取研究對(duì)象，然后依此對(duì)象建立各種實(shí)體模型或虛擬模型，用各種技術(shù)手段（包括材料、工藝、計(jì)算機(jī)等）對(duì)它們進(jìn)行研究，做出定量的數(shù)學(xué)依據(jù)；通過對(duì)生物體和模型定性的、定量的分析，把生物體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可以利用在技術(shù)領(lǐng)域的抽象功能，并考慮用不同的物質(zhì)材料和工藝手段創(chuàng)造新的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。 ① 從功能出發(fā)、研究生物體結(jié)構(gòu)形態(tài)——制造生物模型。 找到研究對(duì)象的生物原理，通過對(duì)生物的感知，形成對(duì)生物體的感性認(rèn)識(shí)。從功能出發(fā)，研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，除去無關(guān)因素，并加以簡(jiǎn)化，提出一個(gè)生物模型。對(duì)照生物原型進(jìn)行定性的分析，用模型模擬生物結(jié)構(gòu)原理。目的是研究生物體本身的結(jié)構(gòu)原理。 ② 從結(jié)構(gòu)形態(tài)出發(fā)，達(dá)到抽象功能——制造技術(shù)模型 根據(jù)對(duì)生物體的分析，做出定量的數(shù)學(xué)依據(jù)，用各種技術(shù)手段（包括材料、工藝等）制造出可以在產(chǎn)品上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的技術(shù)模型。牢牢掌握量的尺度，從具象的形態(tài)和結(jié)構(gòu)中，抽象出功能原理。目的是研究和發(fā)展技術(shù)模型本身。 2、可行性分析與研究 建立好模型后，開始對(duì)它們進(jìn)行各種可行性的分析與研究： ① 功能性分析 找到研究對(duì)象的生物原理，通過對(duì)生物的感知，形成對(duì)生物體的感性認(rèn)識(shí)。從功能出發(fā)，對(duì)照生物原型進(jìn)行定性的分析。 ② 外部形態(tài)分析 對(duì)生物體的外部形態(tài)分析，可以是抽象的，也可以是具象的。在此過程中ZD考慮的是人機(jī)工學(xué)、寓意、材料與加工工藝等方面的問題。 ③ 色彩分析 進(jìn)行色彩的分析同時(shí)，亦要對(duì)生物的生活環(huán)境進(jìn)行分析，要研究為什么是這種色彩？在這一環(huán)境下這種色彩有什么功能？ ④ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，除去無關(guān)因素，并加以簡(jiǎn)化，通過分析，找出其在設(shè)計(jì)中值得借鑒合利用的地方。 ⑤ 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 利用現(xiàn)有的高科技手段，對(duì)生物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，找出其運(yùn)動(dòng)的原理，針對(duì)性的解決設(shè)計(jì)工程中的問題。 當(dāng)然，我們還可以就生物體的其它方面進(jìn)行各種可行性分析。 仿生是高科技的代名詞，它是指運(yùn)用的科學(xué)技術(shù)，來模仿生物的各種官能感覺和思維判功能，更加有效地為人數(shù)服務(wù)。各國(guó)都在不遺余力地加大在仿生學(xué)方面的研究?？梢哉f，仿生學(xué)研究程度的高低，是國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。榮事達(dá)集團(tuán)研制開發(fā)的“仿生搓洗”全自動(dòng)洗衣機(jī)Z近推向市場(chǎng)，將仿生技 術(shù)運(yùn)用于洗衣機(jī)領(lǐng)域，產(chǎn)生了革命性的影響。 據(jù)了解，這種洗衣機(jī)首先具有神經(jīng)智能網(wǎng)絡(luò)功能，可以模仿人的恩維判斷能力，根據(jù)衣物的重量、質(zhì)地、臟污程度來自行決定洗滌程序、洗滌時(shí)間和水位的高低，從而達(dá)到Z佳的洗滌狀態(tài)。其次，具有搓衣板的功能。洗衣機(jī)內(nèi)的搓洗棒能夠像手一樣隨心所欲地來回搓動(dòng)，這種搓動(dòng)被控制在300度以內(nèi)，能夠保證把衣服洗干凈又防止衣服纏繞。三是它去除了傳統(tǒng)洗衣機(jī)因機(jī)械傳動(dòng)裝置所包含的機(jī)械連桿、曲柄、齒輪等部件轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的噪音，采用直流永磁無刷電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，有效地防止噪音的產(chǎn)生。 直流永磁無刷電機(jī)可節(jié)電50％ 采用直流永磁無刷電機(jī)，在電子驅(qū)動(dòng)器的控制下可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并可精確地控制搓洗棒每次轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)和角度。因此，不同的衣物質(zhì)地、臟污程度可以設(shè)定不同的洗滌程序，有效地模仿了人工搓洗的快慢節(jié)奏和力度，實(shí)現(xiàn)“仿生”搓洗。另外，采用直流永磁電機(jī)比采用交流電機(jī)節(jié)電50％。 電子剎車技術(shù)把噪音降到Z低 有洗衣機(jī)的消費(fèi)者會(huì)有因噪音大而煩惱的體會(huì)，他們?cè)趽Q購(gòu)洗衣機(jī)時(shí)總希望擁有一臺(tái)沒有噪音的洗衣機(jī)?！胺律晗础毕匆聶C(jī)則恰好能滿足這一點(diǎn)。 這主要是因?yàn)椤胺律晗础毕匆聶C(jī)采用電子擎實(shí)現(xiàn)電子剎車，剎車時(shí)由電機(jī)本身迅速降速，從而避免了像其他洗衣機(jī)采用機(jī)械摩擦剎車時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了靜音運(yùn)轉(zhuǎn)。 搓洗棒確保洗滌過程中不產(chǎn)生碎屑 有洗衣機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)的消費(fèi)者知道，洗衣機(jī)的洗滌桶上部都有一個(gè)過濾網(wǎng)，用來過濾衣物在洗滌時(shí)產(chǎn)生的碎屑。但是“仿生搓洗”洗衣機(jī)卻沒有這種過濾網(wǎng)，為什么呢？業(yè)內(nèi)專家解釋，這是因?yàn)椤胺律晗础毕匆聶C(jī)的內(nèi)部構(gòu)造根本有別于波輪式和滾筒式洗衣機(jī)。“仿生搓洗”洗衣機(jī)采用的驅(qū)動(dòng)擎是豎立的搓洗棒，能夠使動(dòng)能從ZY向四周傳遞。當(dāng)洗衣機(jī)啟動(dòng)時(shí)，搓洗棒帶動(dòng)衣物沿著桶壁運(yùn)動(dòng)的角度不超過300度，有效避免了衣物因連續(xù)旋轉(zhuǎn)而形成的纏繞，以及與桶壁摩擦產(chǎn)生的碎屑，洗得干凈、不纏繞、無摩擦，當(dāng)然不需要過濾網(wǎng)。衣物沿桶壁來回運(yùn)動(dòng)與衣物在搓衣板上的來回運(yùn)動(dòng)極其相似，并能達(dá)到手洗效果，“仿生搓洗”洗衣機(jī)也由此得名。 摘 要 闡明制造過程與生命現(xiàn)象之間的相似之處：基于自組織機(jī)制的有序化、基于信息模型的個(gè)體復(fù)制，以及通過進(jìn)化過程形成的高度適應(yīng)性。論述仿生制造的基本內(nèi)涵，指出現(xiàn)代制造科學(xué)應(yīng)該從生命現(xiàn)象及生命科學(xué)中學(xué)習(xí)與借鑒的主要內(nèi)容，它們包括完善的信息技術(shù)、由基因控制的生長(zhǎng)型的加工成形方法、性能超群的有機(jī)材料、奇妙的生物智能、GX的尋優(yōu)與趨優(yōu)方法，以及先進(jìn)的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式。提出關(guān)于加強(qiáng)學(xué)科間的聯(lián)合，促進(jìn)仿生制造技術(shù)研究的建議。 -- 結(jié)構(gòu)構(gòu)件 對(duì)于構(gòu)件，在截面面積相同的情況下，把材料盡可能放到遠(yuǎn)離中和軸的位置上，是有效的截面形狀。有趣的是，在自然界許多動(dòng)植物的組織中也體現(xiàn)了這個(gè)結(jié)論。例如：“疾風(fēng)知?jiǎng)挪荨?，許多能承受狂風(fēng)的植物的莖部是維管狀結(jié)構(gòu)，其截面是空心的。支持人承重和運(yùn)動(dòng)的骨骼，其截面上密實(shí)的骨質(zhì)分布在四周，而柔軟的充滿內(nèi)腔。在建筑結(jié)構(gòu)中常被采用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)等都是根據(jù)這條結(jié)論得來的。 -- 斑馬 斑馬生活在非洲大陸，外形與一般的馬沒有什么兩樣，它們身上的條紋是為適應(yīng)生存環(huán)境而衍化出來的保護(hù)色。在所有斑馬中，細(xì)斑馬長(zhǎng)得Z大Z美。它的肩高140-160厘米，耳朵又圓又大，條紋細(xì)密且多。斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共外，以抵御天敵。人類將斑馬條紋應(yīng)用到到軍事上是一個(gè)是很成功仿生學(xué)例子。

  贊(7)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論

• 

  ezhidayw286 2008-04-07 00:00:00

  仿生學(xué)一詞是1960年由美國(guó)斯蒂爾根據(jù)拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性質(zhì)”的意思)構(gòu)成的。他認(rèn)為“仿生學(xué)是研究以模仿生物系統(tǒng)的方式、或是以具有生物系統(tǒng)特征的方式、或是以類似于生物系統(tǒng)方式工作的系統(tǒng)的科學(xué)”。盡管人類在文明進(jìn)化中不斷從生物界受到新的啟示，但仿生學(xué)的誕生，一般以1960年全美diyi屆仿生學(xué)討論會(huì)的召開為標(biāo)志。 仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。 力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和生物體在環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用Z少的建材承受Z大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速； 分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲； 能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程； 信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級(jí)的智能活動(dòng)等方面生物體中的信息處理過程。例如根據(jù)象鼻蟲視動(dòng)反應(yīng)制成的“自相關(guān)測(cè)速儀”可測(cè)定飛機(jī)著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)YZ網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測(cè)的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計(jì)算機(jī)。 模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機(jī)”的機(jī)器，它可以通過訓(xùn)練，改變?cè)g聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機(jī)制，以及人-機(jī)系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。 某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。 仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個(gè)主要領(lǐng)域。一方面由于自動(dòng)化向智能控制發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個(gè)階段，使研究大腦已成為對(duì)神經(jīng)科學(xué)Z大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機(jī)器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識(shí)別的研究，大腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)研究的主攻方面。 控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制和信息過程，都運(yùn)用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實(shí)用人造硬件系統(tǒng)；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。 Z廣泛地運(yùn)用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點(diǎn)。其目的不在于直接復(fù)制每一個(gè)細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實(shí)現(xiàn)特定功能為ZX目的?！阏J(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個(gè)相關(guān)的方面：生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型。前者是基礎(chǔ)，后者是目的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。 由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機(jī)制需要相當(dāng)長(zhǎng)的研究周期，而且解決實(shí)際問題需要多學(xué)科長(zhǎng)時(shí)間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因。

  贊(20)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論

• 

  wjingshen 2008-04-09 00:00:00

  仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想及工作原理的科學(xué)。 仿生學(xué)一詞是1960年由美國(guó)斯蒂爾根據(jù)拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性質(zhì)”的意思)構(gòu)成的。 仿生學(xué)（bionics）在具有生命之意的希臘語(yǔ)bion上，加上有工程技術(shù)涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的機(jī)械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實(shí)現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經(jīng)功能）、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機(jī)械設(shè)計(jì)方面給了很大啟發(fā)?？膳e出的仿生學(xué)例子，如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)（游泳時(shí)能使身體表面不產(chǎn)生紊流）應(yīng)用到潛艇設(shè)計(jì)原理上。仿生學(xué)也被認(rèn)為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機(jī)械原理加以比較，進(jìn)行研究和解釋的一門學(xué)科。 蒼蠅，是細(xì)菌的傳播者，誰(shuí)都討厭它?？墒巧n蠅的楫翅（又叫平衡棒）是“天然導(dǎo)航儀”，人們模仿它制成了“振動(dòng)陀螺儀”。這種儀器目前已經(jīng)應(yīng)用在火箭和高速飛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。蒼蠅的眼睛是一種“復(fù)眼”，由30O0多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機(jī)”，一次就能照出千百?gòu)埾嗤南嗥?。這種照相機(jī)已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計(jì)算機(jī)的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多。 自然界形形的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機(jī)器？這里要介紹的一門新興科學(xué)——仿生學(xué)。 仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在本世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非?？捎^。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。

  贊(7)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論

• 

  wei850201871 2008-04-10 00:00:00

  自然界形形的生物，都有著怎樣的奇異本領(lǐng)？它們的種種本領(lǐng)，給了人類哪些啟發(fā)？模仿這些本領(lǐng)，人類又可以造出什么樣的機(jī)器？這里要介紹的一門新興科學(xué)—【仿生學(xué)的現(xiàn)象】 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及，但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來了。 蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒有“鼻子”，它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對(duì)觸角上。 每個(gè)“鼻子”只有一個(gè)“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個(gè)嗅覺神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進(jìn)入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺(tái)靈敏的氣體分析儀。 仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來的神經(jīng)電信號(hào)經(jīng)電子線路放大后，送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號(hào)，便能發(fā)出警報(bào)。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分。 這種小型氣體分析儀，也可測(cè)量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進(jìn)計(jì)算機(jī)的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。 在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲和魚類等，而且這些動(dòng)物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發(fā)光動(dòng)物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種，它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強(qiáng)度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。 科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。 早在40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源，可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性等工作。 現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。 電魚與伏特電池 自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力Z強(qiáng)的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓，而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱得上電擊guan軍，據(jù)說它能擊斃像馬那樣的大動(dòng)物。 電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對(duì)電魚的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間，約有500萬塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上Z早的伏打電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的，所以把它叫做“人造電器官”。對(duì)電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動(dòng)力問題便能得到很好的解決。 水母的順風(fēng)耳 “燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴?！鄙锏男袨榕c天氣的變化有一定關(guān)系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將來臨。 水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動(dòng)物，早在5億年前，它就漂浮在海洋里了。這種低等動(dòng)物有預(yù)測(cè)風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。 原來，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時(shí)，聽石就刺激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。 仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時(shí)，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn)，它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強(qiáng)度。這種預(yù)測(cè)儀能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義—仿生學(xué)。 自古以來，自然界就是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。種類繁多的生物界經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化過程，使它們能適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。勞動(dòng)創(chuàng)造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動(dòng)的雙手、交流情感和思想的語(yǔ)言，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，促進(jìn)了神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦獲得了高度發(fā)展。因此，人類無與倫比的能力和智慧遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生物界的所有類群。人類通過勞動(dòng)運(yùn)用聰明的才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認(rèn)識(shí)生物界上，而且還運(yùn)用人類所獨(dú)有的思維和設(shè)計(jì)能力模仿生物，通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)增加自己的本領(lǐng)。魚兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時(shí)期，我國(guó)古代勞動(dòng)人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動(dòng)、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實(shí)踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動(dòng)力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。 鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多·達(dá)·芬奇和他的助手對(duì)鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計(jì)和制造了一架撲翼機(jī)，這是世界上diyi架人造飛行器。 以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類仿生的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。

  贊(7)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論

• 

  這年頭好難 2016-01-11 00:00:00

  　　隨著生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)50年代以來，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生物系統(tǒng)是開辟新技術(shù)的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術(shù)思想、設(shè)計(jì)原理和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。人們用化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)以及技術(shù)模型對(duì)生物系統(tǒng)開展著深入的研究，促進(jìn)了生物學(xué)的極大發(fā)展，對(duì)生物體內(nèi)功能機(jī)理的研究也取得了迅速的進(jìn)展。此時(shí)模擬生物不再是引人入勝的幻想，而成了可以做到的事實(shí)。生物學(xué)家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識(shí)用來改善舊的或創(chuàng)造新的工程技術(shù)設(shè)備。生物學(xué)開始跨入各行各業(yè)技術(shù)革新和技術(shù)革命的行列，而且首先在自動(dòng)控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。于是生物學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科結(jié)合在一起，互相滲透孕育出一門新生的科學(xué)——仿生學(xué)。 　　作為一門獨(dú)立的學(xué)科，仿生學(xué)正式誕生于1960年9月。由美國(guó)空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了diyi次仿生學(xué)會(huì)議。會(huì)議討論的ZX議題是“分析生物系統(tǒng)所得到的概念能夠用到人工制造的信息加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上去嗎？”斯梯爾為新興的科學(xué)命名為“Bionics”，希臘文的意思代表著研究生命系統(tǒng)功能的科學(xué)，1963年我國(guó)將“Bionics”譯為“仿生學(xué)”。斯梯爾把仿生學(xué)定義為“模仿生物原理來建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有或類似于生物特征的科學(xué)”。簡(jiǎn)言之，仿生學(xué)就是模仿生物的科學(xué)。確切地說，仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特質(zhì)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息控制等各種優(yōu)異的特征，并把它們應(yīng)用到技術(shù)系統(tǒng)，改善已有的技術(shù)工程設(shè)備，并創(chuàng)造出新的工藝過程、建筑構(gòu)型、自動(dòng)化裝置等技術(shù)系統(tǒng)的綜合性科學(xué)。從生物學(xué)的角度來說，仿生學(xué)屬于“應(yīng)用生物學(xué)”的一個(gè)分支；從工程技術(shù)方面來看，仿生學(xué)根據(jù)對(duì)生物系統(tǒng)的研究，為設(shè)計(jì)和建造新的技術(shù)設(shè)備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學(xué)的光榮使命就是為人類提供Z可靠、Z靈活、ZGX、Z經(jīng)濟(jì)的接近于生物系統(tǒng)的技術(shù)系統(tǒng)，為人類造福。

  贊(11)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論