神奇的仿生學(xué)

關(guān)于神奇的仿生學(xué)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日生物的神奇“技能”n

蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫。

n

螢火蟲可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達(dá)

100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。n蝙蝠在飛行時(shí)發(fā)出超聲波，由反射回來的超聲波判斷出自己和障礙物間的距離，再依靠耳朵的定向作用，準(zhǔn)確確定障礙物的方位。

n

海蜇是預(yù)報(bào)風(fēng)暴最早、最準(zhǔn)確的“順風(fēng)耳”。n

蒼蠅的平衡棒在飛行時(shí)以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向，是保持身體平衡的導(dǎo)航儀。第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

n1960年在美國(guó)俄亥俄州召開第一次仿生學(xué)討論會(huì)，正式命名仿生學(xué)（英文作：Bionics)。

n大約400年之后，奧托（OttoLilienthal）根據(jù)鸛的翅膀制造了滑翔機(jī)并取得了“滑翔機(jī)之父”的稱號(hào)。

n達(dá)芬奇——

在大約公元1500年，受鳥翅啟發(fā)，他畫了一系列的無法實(shí)現(xiàn)的飛行設(shè)備草圖，被認(rèn)為是現(xiàn)代仿生學(xué)之父。

n據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。

n2004年12月11至13日，在以“仿生學(xué)的科學(xué)意義與前沿”為主題的第220

次香山科學(xué)會(huì)議就如何從仿生學(xué)入手、向一個(gè)極為重要的創(chuàng)新源泉——

大自然“汲取靈感”進(jìn)行全面討論。

n2003年10月8日來自中、德、法、英、美、等國(guó)的多位生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)與技術(shù)、工程科學(xué)等領(lǐng)域的著名專家集聚上海,圍繞仿生結(jié)構(gòu)、仿生料、仿生研究的方法等議題，對(duì)仿生學(xué)的發(fā)展前景展開了深入研討。

由于生物的種種神奇功能

人們很早便開始關(guān)注“仿生學(xué)”第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日何為仿生學(xué)？仿生學(xué)——模仿生物系統(tǒng)的原理以建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)特征或類似特征的科學(xué)。仿生學(xué)不是單純的模仿生物，更主要的在于它要把生物的卓越機(jī)能更巧妙更精煉地應(yīng)用到工程技術(shù)中去。但第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)學(xué)生物電烙鐵仿生學(xué)符號(hào)積分符號(hào)代表數(shù)學(xué)解剖刀代表生物科學(xué)代表電子技術(shù)，技術(shù)科學(xué)第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日仿生學(xué)的研究過程生物模型數(shù)學(xué)模型技術(shù)模型生物體技術(shù)裝置第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日提出模型，進(jìn)行模擬是仿生學(xué)的基本研究方法。在仿生學(xué)研究的過程中，模型是聯(lián)系生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)的橋梁。數(shù)學(xué)模型是都來源于生物模型，反過來又指導(dǎo)生物系統(tǒng)的研究。三者相輔相成進(jìn)而完成了仿生學(xué)的研究。第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日仿生學(xué)研究的主要內(nèi)容：1.信息仿生學(xué)：6.其他……2.控制仿生學(xué)：3.力學(xué)仿生學(xué)：5.醫(yī)學(xué)仿生學(xué)：4.化學(xué)仿生學(xué)：搜索第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日控制仿生學(xué)是研究所謂機(jī)體控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能原理，并用這些原理去改進(jìn)現(xiàn)有的或建造新型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。工作人員讓機(jī)器魚試水第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

中國(guó)第一條可用于實(shí)際應(yīng)用的仿生機(jī)器魚2004年12月5日正式宣布研制成功。這臺(tái)外形酷似活魚的機(jī)器人曾出色地輔助考古專家對(duì)福建鄭成功古戰(zhàn)艦遺址進(jìn)行了水下探測(cè).技術(shù)人員通過一個(gè)手掌大小的遙控器和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，對(duì)身長(zhǎng)1.23米，通體色澤亮黑，外形逼真的機(jī)器魚發(fā)號(hào)各種指令。水間的機(jī)器魚自由靈活地穿波逐浪，載沉載浮。如果不是頭部上方一個(gè)顯眼的白色圓頂GPS導(dǎo)航天線，水中的機(jī)器魚令人真假難辨.這條機(jī)器魚由動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、圖像采集和圖像信號(hào)無線傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)指揮控制平臺(tái)三部分組成，主要制造材料為玻璃鋼和纖維板。它的最高時(shí)速可達(dá)1.5米／秒，能夠在水下連續(xù)工作2至3小時(shí)。第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日工作人員讓機(jī)器魚試水第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

信息仿生學(xué)是研究生物機(jī)構(gòu)與外界環(huán)境、生物個(gè)體之間、生物體內(nèi)各部分間的信息接收、儲(chǔ)存、處理與利用的機(jī)理，以及將其移植于技術(shù)系統(tǒng)之中的方法，并最終制成類似于生物系統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)和信息接收處理系統(tǒng)。第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日蝙蝠晝伏夜出，在空中能陡然改變飛行方向，避開障礙物，又能捕食正在飛行中的昆蟲?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)它不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定位系統(tǒng),準(zhǔn)確確定障礙物的方向和位置。蝙蝠的這種回聲定位系統(tǒng)正是雷達(dá)的雛形,科學(xué)家據(jù)此設(shè)計(jì)出了現(xiàn)代的雷達(dá)。第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日力學(xué)仿生學(xué)是研究和模擬生物機(jī)體外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理。第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日力學(xué)仿生學(xué)在建筑中得到廣泛應(yīng)用。生物體在長(zhǎng)期的進(jìn)化中形成了各種形態(tài)，具有了一定的強(qiáng)度，硬度和穩(wěn)定性。在對(duì)艾菲爾斜塔進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量和研究后，發(fā)現(xiàn)它的每個(gè)構(gòu)件與人的小腿骨驚人的相似。與之相類似的還有藤蔓與懸索結(jié)構(gòu)，蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)，樹干竹筍與高聳建筑等等。艾菲爾斜塔與人的小腿骨驚人的相似第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)仿生學(xué)是研究和模擬生物體內(nèi)的各類化學(xué)反應(yīng)，包括酶學(xué)原理、選擇性生物膜和生物的能量轉(zhuǎn)換、生物發(fā)光、生物發(fā)電等。第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日利用電化學(xué)預(yù)處理玻碳電極對(duì)熱變性

D

NA的吸附特性，定量檢測(cè)熱變性

D

NA，判斷

D

NA的變性程度。利用吸附態(tài)單、雙鏈

D

NA與電化學(xué)探針亞甲藍(lán)作用差異建立起長(zhǎng)鏈

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NA序列檢測(cè)方法及對(duì)單、雙鏈的識(shí)別。將

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NA修飾在

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TO電極表面，研制成測(cè)定藥物米非思銅傳感器。

第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日醫(yī)學(xué)仿生學(xué)是研究人工臟器、生物醫(yī)學(xué)的圖象識(shí)別以及醫(yī)學(xué)信號(hào)的分析和處理。第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日世界上首例采用數(shù)字信息技術(shù)進(jìn)行的仿真下頜骨植入術(shù)日前在西安獲得成功。這是由西安交大國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——激光快速成型中心與該?？谇会t(yī)學(xué)院協(xié)同攻關(guān)取得的技術(shù)成果。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日耳朵沒了，可以給你一只得像真的一樣的仿生人耳--國(guó)內(nèi)首例仿生人耳贗復(fù)體在上海研制成功。二醫(yī)大附屬第九人民醫(yī)院、上海交通大學(xué)在精技機(jī)電(上海)公司的配合下，在國(guó)內(nèi)采用數(shù)字信息技術(shù)研制成功仿生人耳贗復(fù)體，經(jīng)臨床應(yīng)用于一名因外傷致使右耳缺失的患者，效果十分理想。專家認(rèn)為，這是頜面贗復(fù)體修復(fù)治療方面的一項(xiàng)重大突破。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)器蠅，未來的超級(jí)間諜

美國(guó)五角大樓對(duì)有望成為“微型間諜”的機(jī)器蠅極為重視，機(jī)器蠅可以幫助美軍完成偵察阿富汗山洞或是尋找伊拉克秘密武器等艱巨任務(wù)。而在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，機(jī)器蠅甚至可以飛到敵方總部。總之，機(jī)器蠅將完成過去“007”遠(yuǎn)遠(yuǎn)完成不了的任務(wù)，成為名副其實(shí)的“超級(jí)間諜”。在未來的機(jī)器蠅身上，將安裝許多傳感器和微型攝像機(jī)，因此他們能做的事情還有很多。比如可以用來發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，在災(zāi)難中搜尋廢墟中的幸各種復(fù)雜條件下完成拍照、攝影、取樣等工作。

奇妙的機(jī)器蠅第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

蜂巢由一個(gè)個(gè)排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個(gè)小蜂房的底部由3個(gè)相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計(jì)算出來的——菱形鈍角109°28’，銳角70°32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅(jiān)固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強(qiáng)度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。60°120°第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日納米技術(shù)與分子生物學(xué)的結(jié)合將開創(chuàng)分子仿生學(xué)新領(lǐng)域。分子仿生學(xué)模仿細(xì)胞生命過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，以分子水平上的生物學(xué)原理為參照原型，設(shè)計(jì)制造各種各樣的可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”，即納米機(jī)器人。納米機(jī)器人的研制和開發(fā)將成為21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向，對(duì)醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日飛機(jī)高速飛行時(shí)，機(jī)翼受氣流的沖擊常發(fā)生顫振，從而導(dǎo)致機(jī)翼斷裂、機(jī)毀人亡?？茖W(xué)家從蜻蜓翅膀上的黑色翅痣(一種較厚的角質(zhì)組織)，想到了配重，于是“照葫蘆畫瓢”，給飛機(jī)機(jī)翼上裝了配重，從此，飛機(jī)的此類事故大大減少。

第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

你知道哪里有螺旋線嗎？自然界中到處都有螺旋線：所有有回旋形貝殼的軟體運(yùn)動(dòng)——螺，都有螺旋線；蜘蛛以螺旋形結(jié)網(wǎng)；牛角按螺旋形生長(zhǎng)；向日葵的花子按螺旋形排列；人的內(nèi)耳耳輪也是螺旋形的。螺旋形往往是建筑造型的母體，而螺的外形也是建筑師構(gòu)思的素材。海灘上各種各樣的海螺、貝殼，在波濤洶涌的大海中為生存而搏擊，自然的優(yōu)化形成了它們優(yōu)美的螺旋線。當(dāng)前，“回歸自然，崇尚自然”已成熱門話題，所以，一批直接模仿螺的外形的建筑也應(yīng)運(yùn)而生了。位于北戴河濱的碧螺塔第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

擬態(tài)仿生學(xué)在軍事工程中應(yīng)用很廣泛。如：迷彩軍裝，坦克、裝甲車的迷彩偽裝，戰(zhàn)艦潛艇的偽裝等等。現(xiàn)在仿生擬態(tài)不再僅僅局限于實(shí)物，而開始向新型材料、微電子技術(shù)等高技術(shù)方向發(fā)展。第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日坦克的迷彩偽裝三色迷彩的德國(guó)“豹”I坦克在電視成像下的效果第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日尾聲：在以往很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人類對(duì)自然界中各種生物的利用都僅僅是對(duì)它們個(gè)體物質(zhì)上的，而仿生學(xué)卻將這種利用關(guān)系轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)層面之上。人們開始從探索和模擬生物系統(tǒng)各機(jī)體的奧秘著手研究，借以推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。因此，仿生學(xué)必將是人類歷史上的一次偉大革命！第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日仿生學(xué)就像藍(lán)天一樣深邃，神奇……而我們應(yīng)該像雄鷹一樣在這片藍(lán)天中展翅翱翔!第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日制作者:電氣工程學(xué)院2004級(jí)1班于XX(學(xué)號(hào)20041478)謝謝觀賞！第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日海蜇，早在5億多年前就漂浮在海洋里，是一種極古老的腔腸動(dòng)物，還是預(yù)報(bào)風(fēng)暴最早、最準(zhǔn)確的“順風(fēng)耳”。因?yàn)樗摹岸洹保?xì)柄上的小球)中有小小的聽石，風(fēng)暴產(chǎn)生時(shí)發(fā)出的次聲波沖擊小小聽石“球”壁的神經(jīng)感受器，于是海蟄就穩(wěn)約聽到了即將來臨的風(fēng)暴的隆隆聲，便警惕地離岸游向大海避災(zāi)。

人們模擬海蟄感受次聲波的器官，設(shè)計(jì)成功精確的“水母耳”儀器。它由喇叭、接受次聲波的共振器和把這種振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。當(dāng)它接收到8赫茲－13赫茲的次聲波時(shí)，旋轉(zhuǎn)自動(dòng)停止，喇叭所指示的方向，就是風(fēng)暴將要來臨的方向。指示器還可以告訴人們風(fēng)暴的強(qiáng)度。這種儀器，可提前15小時(shí)左右預(yù)報(bào)風(fēng)暴。

第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作。科學(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片正反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。

第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日再如，小小蒼蠅，能連續(xù)飛行幾小時(shí)不降落，飛行時(shí)速高達(dá)20公里。它不需要滑行，能沿與地面呈30度的角度迅速起飛，可在空中急停、急轉(zhuǎn)彎，垂直上升、下降，著陸動(dòng)作也很輕快?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，原來在蒼蠅翅膀后面還有一對(duì)小的翅膀——楫翅，它像船的槳和舵一樣既能控制飛行方向，又能控制身體平衡，既是導(dǎo)航儀，又是平衡棒，航天科學(xué)家在楫翅的啟示下