仿生學(xué)課程結(jié)業(yè)報(bào)告

（課程結(jié)業(yè)報(bào)告）

姓名：王春城

班級(jí)：計(jì)科123

學(xué)號(hào)：20121111098仿生學(xué)及應(yīng)用

仿生學(xué)目錄：仿生學(xué)的概念仿生學(xué)研究的特點(diǎn)仿生學(xué)的誕生仿生學(xué)的發(fā)展歷程仿生學(xué)的研究方向應(yīng)用實(shí)例：生物硅化材料電鰻和伏特電池蒼蠅與宇宙飛船蝴蝶和微星控溫系統(tǒng)水母的順風(fēng)耳蛇的紅外探測(cè)夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)人工嗅覺(jué)生物與建筑生物膜的選擇吸收仿生學(xué)的概念

仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非常可觀。仿生學(xué)的問(wèn)世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。

仿生學(xué)研究的特點(diǎn)仿生學(xué)是一門建立在多學(xué)科邊緣上的綜合性學(xué)科，這些相關(guān)性的基礎(chǔ)學(xué)科，正如前面所述，包括生理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、生物物理學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)，以及通訊、計(jì)算技術(shù)、建筑工程、航空、航海工程及系統(tǒng)科學(xué)等。防生學(xué)的誕生從二十世紀(jì)五十年代以來(lái)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生物系統(tǒng)是開辟新技術(shù)的主要途徑之一，自覺(jué)地把生物界作為各種技術(shù)思想、設(shè)計(jì)原理和和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。（萌芽）作為一門獨(dú)立的學(xué)科仿生學(xué)誕生于1960年9月?！胺律鷮W(xué)”是由美國(guó)科學(xué)家J.E斯蒂爾在美國(guó)召開的第一次生物學(xué)會(huì)議上命名，取名為“Bionics"，希臘文，意思是代表著“研究生命系統(tǒng)功能的科學(xué)”。1963年我國(guó)“Bionics"譯為“仿生學(xué)”。在20世紀(jì)90年代初,各國(guó)都在為發(fā)展仿生學(xué)這門交叉學(xué)科的基礎(chǔ)研究作了精心長(zhǎng)期的計(jì)劃準(zhǔn)備。美國(guó)有一項(xiàng)優(yōu)先發(fā)展先進(jìn)制造、先進(jìn)材料以及先進(jìn)軍事裝備研究等領(lǐng)域的長(zhǎng)期計(jì)劃,德國(guó)的研究與技術(shù)部已就“21世紀(jì)的技術(shù)”為題在適應(yīng)電子技術(shù)、納米技術(shù)、富勒碳材料、光子學(xué)、仿生材料、生物傳感器等領(lǐng)域投入了相當(dāng)大的財(cái)力和人力。英國(guó)政府也早在1993年5月就發(fā)表了科學(xué)大臣沃爾德格雷夫主持撰寫的科技白皮書,題為《運(yùn)用我們的潛力——科學(xué)、工程和技術(shù)戰(zhàn)略》。日本、俄羅斯以及韓國(guó)等國(guó)都有相應(yīng)的中長(zhǎng)期計(jì)劃,在先進(jìn)制造、材料、生物技術(shù)、高性能計(jì)算與通信計(jì)劃等領(lǐng)域開展基礎(chǔ)性研究。這是一場(chǎng)在仿生科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)展開源頭研究的全球性競(jìng)爭(zhēng),以便在21世紀(jì)的世界市場(chǎng)上占有主動(dòng)地位。

仿生學(xué)的發(fā)展歷程仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生分子仿生能量仿生信息與控制仿生等仿生學(xué)的研究方向力學(xué)仿生

力學(xué)仿生學(xué)是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和生物體在環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速。分子仿生

分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田間捕蟲籠中用千萬(wàn)分之一微克，便可誘殺雄蟲。

能量仿生

能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

信息與控制仿生

信息與控制仿生，是研究與模擬感覺(jué)器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級(jí)中樞的智能活動(dòng)等方面生物體中的信息處理過(guò)程。例如,根據(jù)象鼻蟲視動(dòng)反應(yīng)制成的“自相關(guān)測(cè)速儀”可測(cè)定飛機(jī)著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測(cè)的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計(jì)算機(jī)。

仿生學(xué)應(yīng)用實(shí)例1、生物硅化材料生物體通過(guò)生物礦化過(guò)程合成二氧化硅的過(guò)程被成為生物硅化作用(Biosilicification)。其中海綿與硅藻是海洋中主要的生物硅化者。其中超過(guò)90%的海綿能夠通過(guò)生物硅化作用構(gòu)建起硅質(zhì)骨骼。這種生物礦化二氧化硅主要存在于各種單細(xì)胞藻類(60000~100000種硅藻)、細(xì)菌、海綿(約6000種)、原生動(dòng)物如稀孔蟲目(Phaeodaria)、領(lǐng)鞭毛蟲(Choanoflagellates)、硅鞭毛蟲(Silicoflagellates))和高等植物體內(nèi)骨針具有優(yōu)異的光學(xué)性能和機(jī)械性能在海綿生物硅化過(guò)程中,一類被稱為硅蛋白(Silicatein)的蛋白質(zhì)表現(xiàn)出了特殊的催化活性,也因此得到了生物學(xué)家、化學(xué)家和材料學(xué)家的關(guān)注。21世紀(jì)初，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室則更系統(tǒng)地研究了六放海綿綱拂子偕科偕老同穴屬一種Euplectellaaspergillum的骨針的光學(xué)性能及其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)其光導(dǎo)性能非常類似于商業(yè)光纖的性能，可有效的連接光纖網(wǎng)絡(luò)。2、電鰻和伏特電池經(jīng)過(guò)對(duì)電魚的解剖研究，終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。電電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬(wàn)塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬(wàn)塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上最早的伏特電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的,所以把它叫做“人造電器官”。

3、蒼蠅與宇宙飛船蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。原來(lái)，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺(jué)感受器分布在頭部的一對(duì)觸角上。每個(gè)“鼻子”只有一個(gè)“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個(gè)嗅覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進(jìn)入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺(tái)靈敏的氣體分析儀。

仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號(hào)，便能發(fā)出警報(bào)。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分。這種小型氣體分析儀，也可測(cè)量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來(lái)改進(jìn)計(jì)算機(jī)的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。4、蝴蝶和衛(wèi)星控溫系統(tǒng)遨游太空的人造衛(wèi)星，當(dāng)受到陽(yáng)光強(qiáng)烈輻射時(shí)，衛(wèi)星溫度會(huì)高達(dá)200攝氏度；而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星溫度會(huì)下降至零下200攝氏度左右，這很容易烤壞或凍壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表，它一度曾使航天科學(xué)家傷透了腦筋。后來(lái)，人們從蝴蝶身上受到啟迪。原來(lái)，蝴蝶身體表面生長(zhǎng)著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)氣溫上升、陽(yáng)光直射時(shí)，鱗片自動(dòng)張開，以減少陽(yáng)光的輻射角度，從而減少對(duì)陽(yáng)光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，鱗片自動(dòng)閉合，緊貼體表，讓陽(yáng)光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍之內(nèi)?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)研究，為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。

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5、水母的順風(fēng)耳

水母在風(fēng)暴來(lái)臨之前，就會(huì)成群結(jié)隊(duì)地游向大海，就預(yù)示風(fēng)暴既將來(lái)臨。在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波，這種次聲波頻率為每秒8至13次，這就是風(fēng)暴來(lái)臨之前的預(yù)告。這種次聲波，人耳是聽(tīng)不到的，小小的水母卻很敏感，對(duì)它來(lái)說(shuō)，聽(tīng)見(jiàn)這種次聲波卻是易如反掌的事情。為什么水母能聽(tīng)見(jiàn)次聲波，預(yù)測(cè)暴風(fēng)呢？仿生學(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有塊小小的聽(tīng)石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽(tīng)石時(shí)，聽(tīng)石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽(tīng)到了正在來(lái)臨的風(fēng)暴的聲。仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時(shí)，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強(qiáng)度。這種預(yù)測(cè)儀能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，所以說(shuō)水母對(duì)航海和漁業(yè)工作者的安全都有重要意義。蛇田鼠熱血?jiǎng)游锷眢w向外散熱蛇通過(guò)感受器探測(cè)到熱源6、蛇的紅外探測(cè)頰窩de位置頰窩（Jiawo）是一個(gè)紅外感受器，對(duì)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(zhǔn)確判斷周圍恒溫動(dòng)物的位置。7、夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)反雷達(dá)技術(shù)使夜蛾死里逃生夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)鼓膜器鼓膜器振動(dòng)器胸神經(jīng)節(jié)神經(jīng)纖維氣囊聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受器鼓膜角質(zhì)皺折非聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)8、人工嗅覺(jué)----嗅敏檢測(cè)儀，俗稱“電子鼻”采集系統(tǒng)嗅敏元件放大系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)電源嗅敏電阻：一類以SnO2（氧化錫）為主體的金屬半導(dǎo)體，它是一種表面效應(yīng)很強(qiáng)的材料。藝術(shù)珍品———澳大利亞悉尼歌劇院9、生物與建筑

薄殼結(jié)構(gòu)：薄而耐壓，省材而強(qiáng)度大，同時(shí)外觀美麗東京中銀艙體樓生物與建筑

艙體結(jié)構(gòu):模仿植物葉片空間配置,利于采光。生物與建筑

圓頂屋：外形美觀，光線明亮，空氣流通，結(jié)構(gòu)完整，節(jié)省材料。美國(guó)佛羅里達(dá)的[未來(lái)世界]博物館10、生物膜的選擇吸收

----細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(S.JonSinger和GarthNicolson提出液態(tài)鑲嵌模型，Singer-Nicolsonfluidmosaicmembranemodel)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(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型：(1)脂雙層形成框架；(2)蛋白質(zhì)鑲嵌其中；(3)具有動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。

本學(xué)期的學(xué)科專題中，我們有幸了解了仿生學(xué)的專業(yè)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我們不僅對(duì)仿生學(xué)專業(yè)的研究?jī)?nèi)容有了進(jìn)一步的了解，更對(duì)未來(lái)深入學(xué)習(xí)研究的方向有了一定的認(rèn)識(shí)與計(jì)劃。而我，則對(duì)仿生學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。 仿生，簡(jiǎn)單地講就是用人造裝置對(duì)有生命的物質(zhì)進(jìn)行模擬。仿生技術(shù)研究的內(nèi)容非常廣泛，大致有力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生以及信息與控制仿生這五個(gè)方面。課程學(xué)習(xí)體會(huì)心得體會(huì)科學(xué)家們根據(jù)昆蟲復(fù)眼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研制出了多孔徑光學(xué)系統(tǒng)裝置，更易于搜索到目標(biāo)，這已在國(guó)外一些重要武器系統(tǒng)中得到應(yīng)用。仿生學(xué)在軍事方面給了人類許多的啟發(fā)，讓人類的武器無(wú)論是活動(dòng)能力還是攻擊準(zhǔn)確性都得到了極大的提高，而攻擊準(zhǔn)確性的提高使戰(zhàn)爭(zhēng)有效地避免了許多無(wú)辜人員的傷亡，這也從一定程度上對(duì)世界人民的利益作出了維護(hù)。也許，依靠昆蟲仿生學(xué)，人類真的可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)的無(wú)硝煙化。心得體會(huì)

更神奇的是，科學(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)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。昆蟲仿生學(xué)又從航天事