仿生學(xué)的發(fā)展(第5-8節(jié))

1、第一章第一章 從模仿到創(chuàng)造從模仿到創(chuàng)造仿生學(xué)的發(fā)展仿生學(xué)的發(fā)展第四節(jié)第四節(jié) 仿生學(xué)基本要素仿生學(xué)基本要素仿生需仿生需求求仿生模仿生模本本仿生模仿生模擬擬仿生制仿生制品品1.4.1 仿生需仿生需求求生存需求生存需求生存需求的不斷增長，促動著人類生存需求的不斷增長，促動著人類 在各種實(shí)踐中不斷地觀察自然界，歷經(jīng)在各種實(shí)踐中不斷地觀察自然界，歷經(jīng) 了實(shí)際需求、生物模仿、大膽實(shí)踐、慘了實(shí)際需求、生物模仿、大膽實(shí)踐、慘 痛失敗、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、創(chuàng)造模擬等眾多環(huán)痛失敗、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、創(chuàng)造模擬等眾多環(huán) 節(jié)完成了模擬生物發(fā)明和創(chuàng)造由簡單到節(jié)完成了模擬生物發(fā)明和創(chuàng)造由簡單到 復(fù)雜，由粗糙到精細(xì)等多種工具和機(jī)器。復(fù)雜，由粗

2、糙到精細(xì)等多種工具和機(jī)器。 健康需求健康需求華華佗佗五禽五禽戲戲“電療電療”麻沸散麻沸散五禽戲五禽戲仿生器官仿生器官仿生保健仿生保健 軍事需求軍事需求武器裝備武器裝備戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù) 發(fā)展需求發(fā)展需求感知更強(qiáng)感知更強(qiáng)功能更強(qiáng)功能更強(qiáng)運(yùn)動更好運(yùn)動更好感知更強(qiáng)的仿生感知更強(qiáng)的仿生(a)(a) 跳蛛跳蛛(b)(b) 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜(c)(c) 綠光通過路徑綠光通過路徑跳蛛及其視覺系統(tǒng)跳蛛及其視覺系統(tǒng)自然界許多生物擁有獨(dú)特、超強(qiáng)的感知系統(tǒng)，如視覺、聽自然界許多生物擁有獨(dú)特、超強(qiáng)的感知系統(tǒng)，如視覺、聽 覺、味覺、觸覺等，敏銳程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人類。人類開展視覺、覺、味覺、觸覺等，敏銳程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人類。人類開展視

3、覺、 聽覺、嗅覺、觸覺仿生，開發(fā)各種儀器設(shè)備，為人類的生活帶聽覺、嗅覺、觸覺仿生，開發(fā)各種儀器設(shè)備，為人類的生活帶 來了極大的便利。來了極大的便利。功能更優(yōu)的仿生功能更優(yōu)的仿生(a) (a) 仿荷葉自潔材料仿荷葉自潔材料 (b) (b) 仿生貝殼耐磨材料仿生貝殼耐磨材料(c) (c) 仿蝴蝶多層膜變色材料仿蝴蝶多層膜變色材料 仿生功能表面仿生功能表面材料材料生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的機(jī)械，在生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的機(jī)械，在與其周圍環(huán)境相互作用過程中，呈現(xiàn)了多種功能特性，如減阻、與其周圍環(huán)境相互作用過程中，呈現(xiàn)了多種功能特性，如減阻、 脫附、自潔、耐磨、抗疲勞、

4、消聲降噪、隱身等等。人類模仿脫附、自潔、耐磨、抗疲勞、消聲降噪、隱身等等。人類模仿 生物優(yōu)異的功能特性，研發(fā)許多仿生功能表面和機(jī)械裝備等。生物優(yōu)異的功能特性，研發(fā)許多仿生功能表面和機(jī)械裝備等。運(yùn)動更好的仿生運(yùn)動更好的仿生(c)(c) 仿蚊子空中偵察器仿蚊子空中偵察器(a) (a) 仿壁虎陸地爬行機(jī)器人仿壁虎陸地爬行機(jī)器人 (b) (b) 仿魚海域偵察機(jī)器魚仿魚海域偵察機(jī)器魚仿生機(jī)器人仿生機(jī)器人自然界中有許多生物進(jìn)化優(yōu)化出比人類優(yōu)異的運(yùn)動本領(lǐng)。自然界中有許多生物進(jìn)化優(yōu)化出比人類優(yōu)異的運(yùn)動本領(lǐng)。 人類模仿生物行走、奔跑、跳躍、游泳、飛行等運(yùn)動形式，發(fā)人類模仿生物行走、奔跑、跳躍、游泳、飛行等運(yùn)動形

5、式，發(fā) 明了能上天入地、潛海、能在人類無法活動的地方暢行無阻的明了能上天入地、潛海、能在人類無法活動的地方暢行無阻的 仿生機(jī)械與仿生機(jī)器人。仿生機(jī)械與仿生機(jī)器人。 精神需求精神需求舞蹈群魚戲水舞蹈群魚戲水楊麗萍雀之戀楊麗萍雀之戀體育館鳥巢體育館鳥巢 興趣需求興趣需求人類對探索生物奧秘的興趣、人類對探索生物奧秘的興趣、 對自然生物的喜愛、對生物奇異對自然生物的喜愛、對生物奇異 功能的好奇和對生物特殊能力的功能的好奇和對生物特殊能力的 向往，產(chǎn)生了那些對人類和社會向往，產(chǎn)生了那些對人類和社會 具有巨大價值的仿生發(fā)明與創(chuàng)造。具有巨大價值的仿生發(fā)明與創(chuàng)造。1.4.2 仿生模仿生模本本 生物模本生物模本

6、(a) (a) 蟬翼表面結(jié)構(gòu)蟬翼表面結(jié)構(gòu)(b)(b) 殺菌過程殺菌過程 蟬翼表面結(jié)構(gòu)及殺菌過蟬翼表面結(jié)構(gòu)及殺菌過程程自然界中的生物種類繁多，包括動物、植物、微生物，自然界中的生物種類繁多，包括動物、植物、微生物，都可以作為仿生模本供各行各業(yè)進(jìn)行仿生研究，發(fā)明和創(chuàng)造都可以作為仿生模本供各行各業(yè)進(jìn)行仿生研究，發(fā)明和創(chuàng)造 出更優(yōu)、更好的接近于生物系統(tǒng)的仿生制品。出更優(yōu)、更好的接近于生物系統(tǒng)的仿生制品。 生活模本生活模本處于社會環(huán)境中的人類大腦活躍區(qū)處于社會環(huán)境中的人類大腦活躍區(qū)人類在研究生物功能特性的基礎(chǔ)上，開始把目光投向人人類在研究生物功能特性的基礎(chǔ)上，開始把目光投向人 類自身的生活，開展對人類生

7、命形態(tài)的仿生探索，以人類自類自身的生活，開展對人類生命形態(tài)的仿生探索，以人類自 身的生活原理、文化行為和思維哲理為模本，進(jìn)行人類自然身的生活原理、文化行為和思維哲理為模本，進(jìn)行人類自然 生命（生理）和精神生命（心理、心靈）的仿生研究。生命（生理）和精神生命（心理、心靈）的仿生研究。 生境模本生境模本(a) (a) 地球表面沙波紋地球表面沙波紋(b)(b) 火星表面波紋火星表面波紋 不同星球表面沙波紋不同星球表面沙波紋形態(tài)形態(tài)人類與生物所賴以生存的環(huán)境，特別是生境中所呈人類與生物所賴以生存的環(huán)境，特別是生境中所呈現(xiàn)出的奇特自然現(xiàn)象和自然環(huán)境等，也是仿生學(xué)的重要現(xiàn)出的奇特自然現(xiàn)象和自然環(huán)境等，也是

8、仿生學(xué)的重要 模本。模本。1.4.3 仿生模仿生模擬擬 形似模擬形似模擬(a)(a) 蜣螂蜣螂(b)(b) 蜣螂頭部非光滑形態(tài)蜣螂頭部非光滑形態(tài)(c)(c) 仿生減阻模擬設(shè)計(jì)蜣螂頭部減阻仿生減阻模擬設(shè)計(jì)蜣螂頭部減阻非光滑形態(tài)及仿生模擬設(shè)計(jì)非光滑形態(tài)及仿生模擬設(shè)計(jì)形似模擬是指模仿生物形態(tài)（形貌）、結(jié)構(gòu)、材料、形形似模擬是指模仿生物形態(tài)（形貌）、結(jié)構(gòu)、材料、形 體（形狀、構(gòu)形）等因素而開展的仿生設(shè)計(jì)。體（形狀、構(gòu)形）等因素而開展的仿生設(shè)計(jì)。 神似模擬神似模擬(a) (a) 荷葉荷葉(b) (b) 荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)(c)(c) 仿生自潔織物仿生自潔織物 仿荷葉疏水仿荷葉疏水自潔原理制

9、造仿生自潔織物自潔原理制造仿生自潔織物神似模擬是指模仿生物多因素相互耦合、相互協(xié)同作用神似模擬是指模仿生物多因素相互耦合、相互協(xié)同作用的原理而開展的仿生，其在形似模擬的基礎(chǔ)上更注重對生物的原理而開展的仿生，其在形似模擬的基礎(chǔ)上更注重對生物 功能原理與規(guī)律的探究。功能原理與規(guī)律的探究。1.4.4 仿生制仿生制品品 非生命制品非生命制品非生命仿生制品是指應(yīng)用于科學(xué)、技術(shù)、工程以及人非生命仿生制品是指應(yīng)用于科學(xué)、技術(shù)、工程以及人 文、社科等領(lǐng)域的傳統(tǒng)仿生產(chǎn)品，是純?nèi)斯ぜ夹g(shù)制品。文、社科等領(lǐng)域的傳統(tǒng)仿生產(chǎn)品，是純?nèi)斯ぜ夹g(shù)制品。包含生命零部件的仿生制品包含生命零部件的仿生制品隨著仿生學(xué)與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等交叉滲透愈隨著仿生學(xué)與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等交叉滲透愈 益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中 包含生命活體元素或仿生制品是生命體的組成部分。包含生命活體元素或仿生制品是生命體的組成部分。 具有完整生命的仿生制品具有完整生命的仿生制品指具有與模