132仿生學-大自然的賞賜課件

——開啟新技術的鑰匙仿生學——開啟新技術的鑰匙仿生學1中國古漢文中的仿生思想前言一、仿生學簡介

仿生學之起源中國古漢文中的仿生思想前言一、仿生學簡介仿生學之起源21960年9月13日，一門新的科學誕生了。這一天，在美國召開了第一屆仿生學討論會，有30名講演者和大約700名聽眾參加了這次會議。會上，斯蒂爾博士為仿生學下了這樣的定義：“仿生學是模仿生物系統的原理來建造技術系統，或者使人造的技術系統具有或類似于生物系統特征的科學?！焙唵我痪湓?，仿生學就是“模仿生物的科學”。仿生學的誕生仿生學(Bionics)

模仿生物系統的原理以建造技術系統，或者使人造技術系統具有生物系統特征或類似特征的科學.1960年9月13日，一門新的科學誕生了3仿生學的應用電子眼的應用水母的“順風耳”“炮彈”甲蟲發(fā)光的熒光蟲長頸鹿對血壓的控制蝙蝠與雷達蜻蜓與仿生學蜂巢中的幾何電魚與伏特電池“逐臭之夫”蒼蠅仿生學的應用電子眼的應用蜂巢中的幾何4前言二.仿生學研究仿生學是一門建立在多學科邊緣上的綜合性學科，包括生理學、神經學、醫(yī)學、化學、數學、電子學、信息學等學科。仿生學的相關領域仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。前言二.仿生學研究仿生學是一門建立在多學科邊緣上的綜合仿生學5前言生物體生物模型數學模型技術模型技術裝置仿生學的研究方法前言生物體生物模型數學模型技術模型技術裝置仿生學的研究方法6.青蛙與電子蛙眼.水母與電子耳信息仿生.青蛙與電子蛙眼信息仿生7信息仿生青蛙與電子蛙眼神經節(jié)細胞有4種：“邊緣偵察器”“昆蟲偵察器”、“事件偵察器”、“光強減弱感受器”青蛙的視覺系統信息仿生青蛙與電子蛙眼神經節(jié)細胞有4種：青蛙的視覺系統8青蛙的眼睛是看不見（或說看不清）靜止的東西的青蛙的眼睛和一般動物的眼睛不一樣，它是專門看運動著的物體的。不動的蛾子、蒼蠅在蛙眼中竟然是毫無反應，然而，只要蛾子一動，青蛙就會立即發(fā)現它，并根據它的飛行方向和速度，一躍而起捕食到口。無怪乎有些動物學家開玩笑地說，青蛙是喜歡吃蒼蠅的，可是，青蛙要是坐在死蒼蠅堆里也會餓死。

青蛙的眼睛還有一種特殊的本領，可以識別不同的圖像。它可以在各種形狀的飛動著的小動物里，立即識別出它最喜歡吃的蒼蠅，而那些飛動著的小動物靜止不動的背景卻在青蛙眼里沒有反應。就是說，蛙眼不像照相機，可以一點不漏地把鏡頭前的景物統統照下來，它只看到對它有用的景物。

蛙眼能夠敏捷地發(fā)現運動著的目標，迅速判斷目標的位置、運動方向和速度，并且立即選擇最好的攻擊姿態(tài)和攻擊時間。青蛙的眼睛是看不見（或說看不清）靜止的9信息仿生“水母耳”風暴預測儀水母耳與電子耳信息仿生“水母耳”風暴預測儀水母耳與電子耳10水木耳可提前15小時左右預報風暴。它由喇叭、接受次聲波的共振器和把這種振動轉變?yōu)殡娒}沖的轉換器以及指示器組成。將這種儀器安裝在船的前甲板上，喇叭做360°旋轉。當它接收到8赫茲－13赫茲的次聲波時，旋轉自動停止，喇叭所指示的方向，就是風暴將要來臨的方向。指示器還可以告訴人們風暴的強度。這對航海與漁業(yè)生產有重要意義。水木耳可提前15小時左右預報風暴。它由喇叭、接受次聲波的共振11.蛇的紅外探測.蝙蝠與超聲波.蛾的反雷達技術.動物的天然導航控制仿生.蛇的紅外探測控制仿生12控制仿生蛇田鼠熱血動物身體向外散熱蛇通過感受器探測到熱源蛇的紅外探測控制仿生蛇田鼠熱血動物身體蛇通過感受器蛇的紅外探測13控制仿生頰窩頰窩是一個紅外感受器，對周圍溫度變化極為敏感，能感受0.001℃的溫度變化。這類蛇能在夜間準確判斷周圍恒溫動物的位置蛇的紅外探測控制仿生頰窩頰窩是一個紅外感受器，對周圍溫度變化極為敏感，能14控制仿生飛行中的蝙蝠超聲波聲音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠與超聲波控制仿生飛行中的蝙蝠超聲波聲音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠與超聲波15控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波16腦控制仿生蝙蝠與超聲波蝙蝠的聲納處理參考波刺激接受器載有信息的超聲波發(fā)出的超聲波腦控制仿生蝙蝠與超聲波蝙蝠的聲納處理參考波刺激接受器載有信息17控制仿生夜蛾的反雷達技術反雷達技術使夜蛾死里逃生控制仿生夜蛾的反雷達技術反雷達技術使夜蛾死里逃生18控制仿生夜蛾的反雷達技術鼓膜器鼓膜器

振動器胸神經節(jié)聽覺系統接收超聲波信號

夏日的夜晚，蝙蝠正在追逐一只夜蛾。眼看夜蛾就要束手就擒，只見它一個急轉彎，接著幾個翻轉動作，一下子鉆進草叢深處，溜之大吉了。原來，蝙蝠是利用超聲波“雷達”發(fā)現目標。而夜蛾專門有一套反雷達裝置——鼓膜器，長在胸腹間，里面有許多高度靈敏的神經細胞，在30米遠處就能接收蝙蝠發(fā)出的超聲波，使自己能有充裕的時間巧妙避開蝙蝠的追捕。軍事工程師通過對夜蛾截聽、干擾和吸收蝙蝠超聲波能力的研究，制造了各種類型的無線電干擾機，安裝在艦艇或飛機上，進行電子對抗，使對方無法發(fā)現蹤影?？刂品律苟甑姆蠢走_技術鼓膜器鼓膜器振動器胸神經節(jié)聽覺19控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導航控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導航20控制仿生動物的天然導航一些動物利用日月星辰導航，也有些動物利用海流、海水成分、地磁場、重力場等進行導航，為研制通訊設備和新型導航儀器提供啟迪控制仿生動物的天然導航一些動物利用日月星辰導航，也有些動物利21定義生物界中普遍存在著擬態(tài)，現將擬態(tài)用于工程技術中去就叫擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生定義生物界中普遍存在著擬態(tài)，現將擬態(tài)仿生22擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護色

擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護色

23擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝24三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生25.生物與造船.生物與飛機.生物與建筑力學仿生.生物與造船力學仿生26力學仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復仇號”帆船體形的模仿力學仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復仇號”帆船體形27力學仿生生物與造船體形的模仿力學仿生生物與造船體形的模仿28力學仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇力學仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇29

力學仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結構的模仿力學仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結構的模仿30力學仿生生物與造船結構的模仿模仿魚和鯨體表粘液合成了幾

種人工粘液，以減小湍流力學仿生生物與造船結構的模仿模仿魚和鯨體表粘液合成了幾

種人31力學仿生生物與造船結構的模仿潛水艇在航行時會造成巨大的湍流海豚游泳時身邊的水流很小力學仿生生物與造船結構的模仿潛水艇在航行時會造成巨大的湍流海32力學仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機力學仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機33力學仿生生物與飛機達芬奇設計的撲翼飛機飛鳥與飛機力學仿生生物與飛機達芬奇設計的撲翼飛機飛鳥與飛機34力學仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進飛行時與飛機的飛行極為相似力學仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進飛行時與飛35力學仿生生物與飛機現代先進的飛機能夠模仿昆蟲在空中作各種花樣演習.昆蟲與飛機力學仿生生物與飛機現代先進的飛機能夠模仿昆蟲36力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機昆蟲翅膀的運動昆蟲飛行時翅膀的運動很復雜，其角度的變化控制比目前的飛行自動駕駛儀還好力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機昆蟲翅膀的運動昆蟲飛行時翅膀的運37力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機飛機仿造蜻蜓的翅膀配重防止振顫力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機飛機仿造蜻蜓的翅膀配重防止振顫38力學仿生薄殼結構藝術珍品—澳大利亞悉尼歌劇院生物與建筑力學仿生薄殼結構藝術珍品—生物與建筑39東京中銀艙體樓力學仿生生物與建筑艙體結構東京中銀艙體樓力學仿生生物與建筑艙體結構40力學仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達的未來世界博物館力學仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達的41.人工嗅覺.仿生物膜化學仿生.人工嗅覺化學仿生42化學仿生狗的嗅覺過程狗的嗅覺

狗的鼻子里的霧受一種蛋白質的控制，將氣味分子濃縮后傳送給鼻子里的氣味感受器上的氣味辨別蛋白，當氣味辨別蛋白將不同的氣味辨別后，被辨別出的特定的氣味信號，立即被嗅覺細胞傳遞給大腦，大腦便知道了所聞到的是一種什么氣味人工嗅覺化學仿生狗的嗅覺過程狗的嗅覺狗的鼻子里的霧受一種蛋白43化學仿生人工嗅覺嗅敏檢測儀采集系統嗅敏元件放大系統報警系統報警系統電源嗅敏電阻是一類以SnO2為主體的金屬半導體，它是一種表面效應很強的材料化學仿生人工嗅覺嗅敏檢測儀采集嗅敏放大報警系統報警系統電源嗅44化學仿生細胞膜的結構特點仿生物膜蛋白分子磷脂分子鑲嵌蛋白跨膜蛋白(形成通道)跨膜蛋白細胞膜的流動鑲嵌模型：(1)脂雙層形成框架；(2)蛋白質鑲嵌其中；(3)具有動態(tài)特點化學仿生細胞膜的結構特點仿生物膜蛋白分子磷脂分子鑲嵌蛋白跨膜45化學仿生仿生物膜人工膜人工膜的特點化學組成和厚度與天然膜相似：能有效地分開兩種不同的水相；具有結構和化學兩側不對稱性，易于操作，能用來研究膜的向量功能（如傳遞等）化學仿生仿生物膜人工膜人工膜的特點化學組成和厚度與46機器人檢修宇宙飛船整體仿生機器人檢修宇宙飛船整體仿生47整體仿生自動化機器自動化機器人從月球土壤中提取氣體智能機器人整體仿生自動化機器自動化機器人從月球土壤中提取氣體智能機器人48整體仿生智能機器人自然語言\語音\圖形\圖像信息知識庫管理軟件求解問題推理軟件智能接口軟件內核軟件（智能操作系統、

編譯系統等）

并行處理體系結構知識庫硬件推理機硬件智能接口硬件智能計算機組成人機接口軟件硬件整體仿生智能機器人自然語言\語音\圖形\圖像信息知識庫求解問49整體仿生智能機器人生物計算機生物計算機的特點

?能制成超高密度的線路?能使生物本身固有的自我修復機能得到發(fā)揮，即使芯片中出了故障本身也能修復，從而使它成為一種具有永久性的不出故障元件?只要用少量的能量就能工作，不存在發(fā)熱問題整體仿生智能機器人生物計算機生物計算機的特點50——開啟新技術的鑰匙仿生學——開啟新技術的鑰匙仿生學51中國古漢文中的仿生思想前言一、仿生學簡介

仿生學之起源中國古漢文中的仿生思想前言一、仿生學簡介仿生學之起源521960年9月13日，一門新的科學誕生了。這一天，在美國召開了第一屆仿生學討論會，有30名講演者和大約700名聽眾參加了這次會議。會上，斯蒂爾博士為仿生學下了這樣的定義：“仿生學是模仿生物系統的原理來建造技術系統，或者使人造的技術系統具有或類似于生物系統特征的科學?！焙唵我痪湓?，仿生學就是“模仿生物的科學”。仿生學的誕生仿生學(Bionics)

模仿生物系統的原理以建造技術系統，或者使人造技術系統具有生物系統特征或類似特征的科學.1960年9月13日，一門新的科學誕生了53仿生學的應用電子眼的應用水母的“順風耳”“炮彈”甲蟲發(fā)光的熒光蟲長頸鹿對血壓的控制蝙蝠與雷達蜻蜓與仿生學蜂巢中的幾何電魚與伏特電池“逐臭之夫”蒼蠅仿生學的應用電子眼的應用蜂巢中的幾何54前言二.仿生學研究仿生學是一門建立在多學科邊緣上的綜合性學科，包括生理學、神經學、醫(yī)學、化學、數學、電子學、信息學等學科。仿生學的相關領域仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。前言二.仿生學研究仿生學是一門建立在多學科邊緣上的綜合仿生學55前言生物體生物模型數學模型技術模型技術裝置仿生學的研究方法前言生物體生物模型數學模型技術模型技術裝置仿生學的研究方法56.青蛙與電子蛙眼.水母與電子耳信息仿生.青蛙與電子蛙眼信息仿生57信息仿生青蛙與電子蛙眼神經節(jié)細胞有4種：“邊緣偵察器”“昆蟲偵察器”、“事件偵察器”、“光強減弱感受器”青蛙的視覺系統信息仿生青蛙與電子蛙眼神經節(jié)細胞有4種：青蛙的視覺系統58青蛙的眼睛是看不見（或說看不清）靜止的東西的青蛙的眼睛和一般動物的眼睛不一樣，它是專門看運動著的物體的。不動的蛾子、蒼蠅在蛙眼中竟然是毫無反應，然而，只要蛾子一動，青蛙就會立即發(fā)現它，并根據它的飛行方向和速度，一躍而起捕食到口。無怪乎有些動物學家開玩笑地說，青蛙是喜歡吃蒼蠅的，可是，青蛙要是坐在死蒼蠅堆里也會餓死。

青蛙的眼睛還有一種特殊的本領，可以識別不同的圖像。它可以在各種形狀的飛動著的小動物里，立即識別出它最喜歡吃的蒼蠅，而那些飛動著的小動物靜止不動的背景卻在青蛙眼里沒有反應。就是說，蛙眼不像照相機，可以一點不漏地把鏡頭前的景物統統照下來，它只看到對它有用的景物。

蛙眼能夠敏捷地發(fā)現運動著的目標，迅速判斷目標的位置、運動方向和速度，并且立即選擇最好的攻擊姿態(tài)和攻擊時間。青蛙的眼睛是看不見（或說看不清）靜止的59信息仿生“水母耳”風暴預測儀水母耳與電子耳信息仿生“水母耳”風暴預測儀水母耳與電子耳60水木耳可提前15小時左右預報風暴。它由喇叭、接受次聲波的共振器和把這種振動轉變?yōu)殡娒}沖的轉換器以及指示器組成。將這種儀器安裝在船的前甲板上，喇叭做360°旋轉。當它接收到8赫茲－13赫茲的次聲波時，旋轉自動停止，喇叭所指示的方向，就是風暴將要來臨的方向。指示器還可以告訴人們風暴的強度。這對航海與漁業(yè)生產有重要意義。水木耳可提前15小時左右預報風暴。它由喇叭、接受次聲波的共振61.蛇的紅外探測.蝙蝠與超聲波.蛾的反雷達技術.動物的天然導航控制仿生.蛇的紅外探測控制仿生62控制仿生蛇田鼠熱血動物身體向外散熱蛇通過感受器探測到熱源蛇的紅外探測控制仿生蛇田鼠熱血動物身體蛇通過感受器蛇的紅外探測63控制仿生頰窩頰窩是一個紅外感受器，對周圍溫度變化極為敏感，能感受0.001℃的溫度變化。這類蛇能在夜間準確判斷周圍恒溫動物的位置蛇的紅外探測控制仿生頰窩頰窩是一個紅外感受器，對周圍溫度變化極為敏感，能64控制仿生飛行中的蝙蝠超聲波聲音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠與超聲波控制仿生飛行中的蝙蝠超聲波聲音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠與超聲波65控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波66腦控制仿生蝙蝠與超聲波蝙蝠的聲納處理參考波刺激接受器載有信息的超聲波發(fā)出的超聲波腦控制仿生蝙蝠與超聲波蝙蝠的聲納處理參考波刺激接受器載有信息67控制仿生夜蛾的反雷達技術反雷達技術使夜蛾死里逃生控制仿生夜蛾的反雷達技術反雷達技術使夜蛾死里逃生68控制仿生夜蛾的反雷達技術鼓膜器鼓膜器

振動器胸神經節(jié)聽覺系統接收超聲波信號

夏日的夜晚，蝙蝠正在追逐一只夜蛾。眼看夜蛾就要束手就擒，只見它一個急轉彎，接著幾個翻轉動作，一下子鉆進草叢深處，溜之大吉了。原來，蝙蝠是利用超聲波“雷達”發(fā)現目標。而夜蛾專門有一套反雷達裝置——鼓膜器，長在胸腹間，里面有許多高度靈敏的神經細胞，在30米遠處就能接收蝙蝠發(fā)出的超聲波，使自己能有充裕的時間巧妙避開蝙蝠的追捕。軍事工程師通過對夜蛾截聽、干擾和吸收蝙蝠超聲波能力的研究，制造了各種類型的無線電干擾機，安裝在艦艇或飛機上，進行電子對抗，使對方無法發(fā)現蹤影?？刂品律苟甑姆蠢走_技術鼓膜器鼓膜器振動器胸神經節(jié)聽覺69控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導航控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導航70控制仿生動物的天然導航一些動物利用日月星辰導航，也有些動物利用海流、海水成分、地磁場、重力場等進行導航，為研制通訊設備和新型導航儀器提供啟迪控制仿生動物的天然導航一些動物利用日月星辰導航，也有些動物利71定義生物界中普遍存在著擬態(tài)，現將擬態(tài)用于工程技術中去就叫擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生定義生物界中普遍存在著擬態(tài)，現將擬態(tài)仿生72擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護色

擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護色

73擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝74三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生75.生物與造船.生物與飛機.生物與建筑力學仿生.生物與造船力學仿生76力學仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復仇號”帆船體形的模仿力學仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復仇號”帆船體形77力學仿生生物與造船體形的模仿力學仿生生物與造船體形的模仿78力學仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇力學仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇79

力學仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結構的模仿力學仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結構的模仿80力學仿生生物與造船結構的模仿模仿魚和鯨體表粘液合成了幾

種人工粘液，以減小湍流力學仿生生物與造船結構的模仿模仿魚和鯨體表粘液合成了幾

種人81力學仿生生物與造船結構的模仿潛水艇在航行時會造成巨大的湍流海豚游泳時身邊的水流很小力學仿生生物與造船結構的模仿潛水艇在航行時會造成巨大的湍流海82力學仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機力學仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機83力學仿生生物與飛機達芬奇設計的撲翼飛機飛鳥與飛機力學仿生生物與飛機達芬奇設計的撲翼飛機飛鳥與飛機84力學仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進飛行時與飛機的飛行極為相似力學仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進飛行時與飛85力學仿生生物與飛機現代先進的飛機能夠模仿昆蟲在空中作各種花樣演習.昆蟲與飛機力學仿生生物與飛機現代先進的飛機能夠模仿昆蟲86力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機昆蟲翅膀的運動昆蟲飛行時翅膀的運動很復雜，其角度的變化控制比目前的飛行自動駕駛儀還好力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機昆蟲翅膀的運動昆蟲飛行時翅膀的運87力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機飛機仿造蜻蜓的翅膀配重防止振顫力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機飛機仿造蜻蜓的翅膀配重防止振顫88力學仿生薄殼結構藝術珍品—澳大利亞悉尼歌劇院生物與建筑力學仿生薄殼結構藝術珍品—生物與建筑89東京中銀艙體樓力學仿生生物與建筑艙體結構東京中銀艙體樓力學仿生生物與建筑艙體結構90力學仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達的未來世界博物館力學仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達的91.人工嗅覺.仿生物膜化學仿生.人工嗅覺化學仿生92化學仿生狗的嗅覺過程狗的嗅覺

狗的鼻子里的霧受一種蛋白質