跟動物學(xué)“智慧”-課件

跟生物學(xué)智慧1960年9月13日，一門新的科學(xué)誕生了。這一天，在美國召開了第一屆仿生學(xué)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(xué)下了這樣的定義：“仿生學(xué)是模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造的技術(shù)系統(tǒng)具有或類似于生物系統(tǒng)特征的科學(xué)。”簡單一句話，仿生學(xué)就是“模仿生物的科學(xué)”。仿生學(xué)的誕生仿生學(xué)(Bionics)

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).21.我國最早的仿生師——魯班我國古代杰出的工匠魯班，在一次上山砍樹時，不小心被一棵小草劃破了手，他好奇地摘下草葉觀察，發(fā)現(xiàn)葉子的邊緣有許多鋒利的小齒，于是突發(fā)奇想，把鐵片磨上細(xì)齒用來割斷木頭，從而發(fā)明了常用的伐木工具——鋸。鋸的發(fā)明是魯班從帶齒的葉片得到的啟發(fā)。32.高速運轉(zhuǎn)的恐龍鉆頭鴨嘴龍是史前巨型爬行動物，它的牙床上重重疊疊地長了約600顆牙齒，它們的牙齒是雙層的，如果上面的牙齒磨掉了，下面的牙齒會補上去。外層的牙不能用了，內(nèi)層的牙齒會自動補上去，繼續(xù)使用。4機械師模仿鴨嘴龍牙齒的排列形狀，設(shè)計制成了一種恐龍鉆頭。這種新鉆頭模仿鴨嘴龍的牙齒，裝了兩層，內(nèi)層的齒嵌在較軟的材料上，當(dāng)外層的齒磨壞了不能使用時，鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，就會將這層軟材料磨掉，露出內(nèi)層的齒，于是鉆頭又可以繼續(xù)鉆進(jìn)了。這種鉆頭減少了調(diào)換鉆頭的麻煩，其鉆進(jìn)速度是一般鉆頭的2倍。54.導(dǎo)彈命名“響尾蛇”響尾蛇是一種毒性很強的蛇，它有一種能探測周圍環(huán)境中溫度變化的紅外線感受器，長在眼睛與鼻孔之間的頰窩里。由于響尾蛇具備了這種紅外線感受器，在黑暗中也能準(zhǔn)確無誤地捕獲獵物。6美國的海軍武器研究中心，利用這一原理，研制出一種空對空導(dǎo)彈的敏感器件，能夠探測來自目標(biāo)的紅外輻射，從而緊緊盯住目標(biāo)不放，直至把目標(biāo)摧毀。這種導(dǎo)彈被命名為“響尾蛇導(dǎo)彈”。75.偽裝之王變色龍變色龍學(xué)名叫“避役”，它行動遲緩，面目可憎，渾身灰黑色，布滿了疙瘩，可是它在一晝夜中能變換六七種顏色。原來，變色龍的表皮上有一個變幻無窮的“色彩倉庫”，貯藏著黃、綠、藍(lán)、黑等各種色素細(xì)胞，一旦周圍的光線、溫度和濕度發(fā)生了變化，變色龍就隨之改變體色。8大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點9科學(xué)家仿照變色龍，制成了一種既能自動改變顏色，又始終與環(huán)境保持一致的軍裝。這種軍裝用一種對光線變化很敏感的化學(xué)纖維織成的布料制成，士兵穿上這種軍裝，可以放心地從白色的沙灘上登陸，在森林里軍裝是深綠色，在草地時又變成麻黃色的了。106.鱷魚“流淚”的啟示兇殘的鱷魚在吞食獵物時，總是流著“悲傷”的眼淚，其實它們是在排泄體內(nèi)多余的鹽分。生活在咸水或海水中的動物，體內(nèi)都有一種特殊的結(jié)構(gòu)——鹽腺，各種鹽腺的構(gòu)造基本一樣：中間是一根導(dǎo)管，并向四周輻射出幾千根細(xì)管，跟血管交織在一起，把血液中多余的鹽分離析出來，再通過中央的導(dǎo)管排泄到體外。11鹽腺是動物天然的“咸水淡化器”?？茖W(xué)家從鱷魚的流淚中得到啟示，模仿鹽腺的構(gòu)造原理，研制出一種體積小、重量輕、效率高、價格低的“仿生海水淡化器”，從根本上解決了海水淡化的難題。127.啄木鳥與新型安全帽啄木鳥一天可發(fā)出約600次的啄木聲，每啄一次的速度可達(dá)每秒55ｋｍ，比空氣中的音速還快1.6倍，而它的頭部搖動的速度更快，約每小時2080ｋｍ，比射出的子彈還要快1倍多。此時，它頭部所受到的沖擊力約為所受重力的1000倍，而一輛時速為56ｋｍ的汽車撞在一堵墻上，受到的沖擊力僅為所受重力的10倍。為什么啄木鳥頭部可以受到那么大的力卻不會得腦震蕩?13原來啄木鳥頭部的構(gòu)造與眾不同，它的腦殼非常堅硬，周圍還有一層海綿狀的骨骼，里面吸附著很多液體，能起消震作用，頭部兩側(cè)還有強有力的肌肉系統(tǒng)，也能起到防震作用?？茖W(xué)家由此得到啟示，設(shè)計了一種新型安全帽：外殼堅固，里層松軟，帽子下部有一個保護(hù)領(lǐng)圈，避免因突然而來的旋轉(zhuǎn)運動所造成的腦損傷。經(jīng)過實驗，比一般防護(hù)帽效果好得多。

14.青蛙與電子蛙眼.水母與電子耳信息仿生15信息仿生青蛙與電子蛙眼神經(jīng)節(jié)細(xì)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(tǒng)16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(yīng)，然而，只要蛾子一動，青蛙就會立即發(fā)現(xiàn)它，并根據(jù)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(xué)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(lǐng)，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(yīng)。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(tǒng)統(tǒng)照下來，它只看到對它有用的景物。

蛙眼能夠敏捷地發(fā)現(xiàn)運動著的目標(biāo)，迅速判斷目標(biāo)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。17信息仿生“水母耳”風(fēng)暴預(yù)測儀水母耳與電子耳18水木耳可提前15小時左右預(yù)報風(fēng)暴。它由喇叭、接受次聲波的共振器和把這種振動轉(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，旋轉(zhuǎn)自動停止，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)暴的強度。這對航海與漁業(yè)生產(chǎn)有重要意義。19.蛇的紅外探測.蝙蝠與超聲波.蛾的反雷達(dá)技術(shù).動物的天然導(dǎo)航控制仿生20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21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(zhǔn)確判斷周圍恒溫動物的位置蛇的紅外探測22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23控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波24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25控制仿生夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)反雷達(dá)技術(shù)使夜蛾死里逃生26控制仿生夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)鼓膜器鼓膜器振動器胸神經(jīng)節(jié)聽覺系統(tǒng)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(zhuǎn)彎，接著幾個翻轉(zhuǎn)動作，一下子鉆進(jìn)草叢深處，溜之大吉了。原來，蝙蝠是利用超聲波“雷達(dá)”發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。而夜蛾專門有一套反雷達(dá)裝置——鼓膜器，長在胸腹間，里面有許多高度靈敏的神經(jīng)細(xì)胞，在30米遠(yuǎn)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(jìn)行電子對抗，使對方無法發(fā)現(xiàn)蹤影。27控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導(dǎo)航28控制仿生動物的天然導(dǎo)航一些動物利用日月星辰導(dǎo)航，也有些動物利用海流、海水成分、地磁場、重力場等進(jìn)行導(dǎo)航，為研制通訊設(shè)備和新型導(dǎo)航儀器提供啟迪29定義

生物界中普遍存在著擬態(tài)，現(xiàn)將擬態(tài)用于工程技術(shù)中去就叫擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生30擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護(hù)色

31擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝32三色迷彩的德國“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33.生物與造船.生物與飛機.生物與建筑力學(xué)仿生34力學(xué)仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復(fù)仇號”帆船體形的模仿35力學(xué)仿生生物與造船體形的模仿36力學(xué)仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇37

力學(xué)仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結(jié)構(gòu)的模仿38力學(xué)仿生生物與造船結(jié)構(gòu)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39力學(xué)仿生生物與造船結(jié)構(gòu)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40力學(xué)仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機41力學(xué)仿生生物與飛機達(dá)芬奇設(shè)計的撲翼飛機飛鳥與飛機42力學(xué)仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進(jìn)飛行時與飛機的飛行極為相似43力學(xué)仿生生物與飛機現(xiàn)代先進(jìn)的飛機能夠模仿昆蟲在空中作各種花樣演習(xí).昆蟲與飛機44力學(xué)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(fù)雜，其角度的變化控制比目前的飛行自動駕駛儀還好45力學(xué)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46力學(xué)仿生薄殼結(jié)構(gòu)藝術(shù)珍品—澳大利亞悉尼歌劇院生物與建筑47東京中銀艙體樓力學(xué)仿生生物與建筑艙體結(jié)構(gòu)48力學(xué)仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達(dá)的未來世界博物館49.人工嗅覺.仿生物膜化學(xué)仿生50化學(xué)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(zhì)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(dāng)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(xì)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51化學(xué)仿生人工嗅覺嗅敏檢測儀采集系統(tǒng)嗅敏元件放大系統(tǒng)報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)電源嗅敏電阻是一類以SnO2為主體的金屬半導(dǎo)體，它是一種表面效應(yīng)很強的材料52化學(xué)仿生細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)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(xì)胞膜的流動鑲嵌模型：(1)脂雙層形成框架；(2)蛋白質(zhì)鑲嵌其中；(3)具有動態(tài)特點53化學(xué)仿生仿生物膜人工膜人工膜的特點化學(xué)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(jié)構(gòu)和化學(xué)兩側(cè)不對稱性，易于操作，能用來研究膜的向量功能（如傳遞等）54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55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(nèi)核軟件（智能操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等）

并行處理體系結(jié)構(gòu)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56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(fù)機能得到發(fā)揮，即使芯片中出了故障本身也能修復(fù)，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57二、聯(lián)系實際問題創(chuàng)造性地解決仿生工程車蝎子舉例研究：防毒面具防毒面具從外形上分析其仿生的來源？仿生原理：根據(jù)野豬長型鼻子中特殊的生理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種具有防御有毒氣體的工具。59舉例研究：蜂窩設(shè)計蜂窩輪胎蜂窩煤仿生優(yōu)點：1、質(zhì)量輕2、剛性高3、節(jié)省材料60舉例研究：鯊魚的皮膚海洋殺手------鯊魚由于它的游泳速度是同類魚中的最快，原因是因為？61

提速武器——鯊魚皮泳衣

鯊魚皮表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周的水流更高效地流過進(jìn)而實現(xiàn)快速游動。62知識的拓展：仿生設(shè)計創(chuàng)造法應(yīng)用

仿照貝殼的形狀，建成了悉尼歌劇院，成為著名的地標(biāo)式建筑。

利用變色龍可以隨周圍環(huán)境改變自身顏色的特點，制作出來的戶外運動鞋。63飛機飛機的造型源于模仿飛鳥，這不僅僅是因為飛鳥的形態(tài)優(yōu)美，而是其形態(tài)上的合理，由于它展開時身體扁平，體積小、重量輕，因而產(chǎn)生的風(fēng)阻力小，使飛機飛行速度快且飛得高！64直升飛機65潛水艇潛水艇是模仿游魚，蛙泳是模仿青蛙，形態(tài)仿生便是利用具象的自然形態(tài)，結(jié)合相應(yīng)的藝術(shù)處理手法與設(shè)計理念，使之成為一個既有觀賞性，又具使用功能的設(shè)計作品

66超強粘合劑

幾年前，科學(xué)家認(rèn)識到壁虎足墊上數(shù)百萬個分叉的小剛毛所擁有的神奇力量，正是這種力量讓壁虎上演飛檐走壁的絕技。目前，科學(xué)家正在研制一系列模仿這種神奇力量的超強粘合劑，用以提高打造爬墻機器人67像海參一樣軟硬兼?zhèn)涞乃芰?/p>

當(dāng)受到驚嚇之后，身體柔軟的海參會分泌一種特殊化學(xué)物質(zhì)，能夠在幾秒鐘之內(nèi)將皮膚變硬，此時的皮膚如同一副鎧甲。這一軟硬兼?zhèn)涞谋绢I(lǐng)為科學(xué)家提供了靈感，促使他們研制一種遇水之后即由硬變軟的塑料材料。68

模仿海鷗的偵察機

美國佛羅里達(dá)州大學(xué)工程師里克·林德從海鷗身上得到啟發(fā)，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時又可猛撲向林蔭大道的遠(yuǎn)程遙控偵察機，很多現(xiàn)代戰(zhàn)場正是由高層建筑和林蔭大道構(gòu)成。69在迅速飛動的各種形狀的小動物里，青蛙可立即識別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對其他飛動著的東西和靜止不動景物都毫無反應(yīng)。弄清了蛙眼的原理和結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)家就發(fā)明了電子蛙眼。青蛙與電子眼70水母順風(fēng)耳水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。

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仿鳥設(shè)計為高鐵降噪

日本新干線高速列車是世界上速度最快的列車之