源于生命灵感-仿生学

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,生物体,生物模型,数学模型,技术模型,技术装置,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,蛇,田鼠,热血动物身体,向外散热,蛇通过感受器,探测到热源,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,采集,系统,嗅敏,元件,放大,系统,报警系统,报警系统,电源,嗅敏电阻,是一类以,SnO,2,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、正温度系数热敏陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多肽等,智能材料有哪些？,仿生和智能材料,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,总结,仿生学概念,仿生学的研究方法,仿生与工程技术,如何进行仿生学研究？,数学,生物,电烙铁,仿生学符号,