仿生学

探讨仿生原理与创新设计（小二号，黑体）

学□□生：×××（五号，宋体）

□□摘□要：（小四号，黑体）（正文：五号，宋体）

□□关键词：（小四号，黑体）（正文：五号，宋体）

□□那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。

动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。

这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。

一、仿生学（一级标题顶格书写）（小三号，黑体）

□□（正文：小四号，宋体）

（一）大自然带来的启发什么是仿生学？

仿生学是由“生物学”和“技术”这两个概念组成的。生物学是研究生命体的科学，因此仿生学是将生物学和工程技术相结合的交叉学科，也可以将仿生学描述为：从大自然中获得灵感，然后用它来发明新技术。

那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。

动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。

这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。

（二）仿生学研究的主要内容

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。

二、仿生机械学

仿生机械（bio-simulation machinery），是模仿生物的形态、结构、运动和控制，设计出功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。仿生机械学研究内容主要有功能仿生、结构仿生、材料仿生以及控制仿生等几个方面。

三、仿生机械学中的注意事项

1、了解仿生对象的具体结构和运动特性：

仿生机械是建立在对模仿生物体的解剖基础上，了解其具体结构，用高速影象系统记录与分析其运动情况，然后运用机械学的设计与分析方法，完成仿生机械的设计过程，是多学科知识的交叉与运用

2、避免“机械式”仿生：

生物的结构与运动特性，只是人们开展仿生创新活动的启示，不能采取照搬式的机械仿生

飞机的发明史经历了从机械式仿生到科学仿生的过程。

机械式的仿生是研究仿生学的大忌之一。

3、注重功能目标，力求结构简单：

生物体的功能与实现这些功能的结构是经过千万年的进化逐渐形成的，有时追求结构仿生的完全一致性是不必要的。

如人的每只手有14个关节，20个自由度，如果完全仿人手结构，会造成结构复杂、控制也困难的局面。所以仿二指和三指的机械手在工程上应用较多。4、仿生的结果具有多值性：

要选择结构简单、工作可靠、成本低廉、使用寿命长、制造维护方便的仿生机构方案。

5、仿生设计的过程也是创新的过程：

要注意形象思维与抽象思维的结合，注意打破定势思维并运用发散思维解决问题的能力

（一）×××××（二级标题顶格书写）（四号，黑体）

1、×××××（三级标题）（小四号，黑体）

□□（正文：小四号，宋体）

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五、结束语

□□……

参考文献（小三号，黑体）

[1] 作者.论文题名.期刊名，出版年，卷（期）：页码A～B

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（德）马廷·策尔西.什么是什么：神奇的仿生学.湖北教育出版社,

仿生学原理

仿生学原理

1.基本原理

生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要模拟生物的结构或功能原理在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。

1960年秋，在美国召开的第一次仿生学会议上，把仿生学定义为：研究生物系统，制作模拟其卓越机能的装置的科学技术领域。今天，仿生学已成为现代技术发明的重要途径之一。“生物原型——新技术的钥匙”这句著名格言，恰当

地描述了现代创造发明的这一重要途径。生物原型成为现代发明的源泉，是有其内在根据的。

从社会需要方面来说，人类虽然凭借自???的智慧创造了各种各样的技术装置，但这些装置不仅日益复杂和昂贵，而且其可靠性和效率也远远不能满足工业、农业、医学，特别是空间技术和军事技术越来越高的要求，这就迫使人们去寻找崭新的技术原理。

从生物自身来说，在亿万年的漫长进化中，通过自然选择，形成许多卓有成效的导航、跟踪、计算、生物合成、能量转换、力学结构、运动机构等系统，其小巧性、灵敏性、快速性、高效性、可靠性和抗干扰性等，使人工创造的所有技术装置都相形见拙。

例如，人脑有100—150亿个神经元，但每小时约有1000个神经元发生障碍，一年之内就差不多有900万个神经元丧失机能。然而，令人惊叹的是，大脑并没有因此而丧失其各种机能。可是，电子计算机却不行，只要其中任何一个元件损坏或发生故障，便会影响整个系统的工作性能。极而言之，在许多方面，电子计算机甚至不及昆虫的区区之脑。螳螂能在0.05秒的一瞬间，计算出飞掠眼前的小昆虫的速度、方向和距离，这是大型电子跟踪系统所望尘莫及的。随着科学技术的发展，自然界中生物系统的这些奇妙功能愈来愈为人们所认识和把握。

2.应用实例

在科技史上，借助生物获得发明创造的例子不胜枚举。

将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。

生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。

响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相

机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。

火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。

科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。

科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。

白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。

美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。

我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。

根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。

青蛙的眼睛——跟踪导弹的“电子蛙眼”；

乌龟壳——小提琴；

企鹅——越野汽车；

蜂鸟——直升飞机；

鱼鳃——人造鱼鳃吸氧剂；

草履虫——带几千只小螺旋桨的潜水艇；

蛇的红外线定位器——夜视镜；

萤火虫——冷光源；

袋鼠——“跳跃式”极地汽车；

云杉——圆锥形电视塔；

蚊子——测向器等。

水母——风暴预警器；

沙蟹——制图机；

鳄鱼眼泪——海水淡化器；

鲸鱼脊背——水下破冰船等等

什么是什么：神奇的仿生学

作者：（德）马廷·策尔西文，（德）埃贝伦尔哈德·埃门图，徐小清译

出版社：湖北教育出版社

日常生活中的仿生学

大自然带来的启发什么是仿生学？

仿生学是由“生物学”和“技术”这两个概念组成的。生物学是研究生命体的科学，因此仿生学是将生物学和工程技术相结合的交叉学科，也可以将仿生学描述为：从大自然中获得灵感，然后用它来发明新技术。

那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。

动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。

这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。

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