1、开启新技术的钥匙开启新技术的钥匙第六章 仿生学简介仿生学简介 信息仿生信息仿生 控制仿生控制仿生 拟态仿生拟态仿生 力学仿生力学仿生 化学仿生化学仿生 整体仿生整体仿生 主主 要要 内内 容容中国古汉文中的仿生思想中国古汉文中的仿生思想 一、仿生学简介一、仿生学简介1 1、仿生学之起源仿生学之起源 凤蓬草凤蓬草 轮子轮子鱼尾鱼尾 船橹船橹人眼晶状体人眼晶状体 透镜透镜生物电生物电 电池电池鸟鸟 飞机飞机生生 活活 中中 的的 仿仿 生生 学学 2 2、仿生学的概念、仿生学的概念 仿生学仿生学(Bionics)(Bionics)模仿生物系统模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技的原理以建
2、造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。科学。3 3、仿生学研究、仿生学研究的相关领域的相关领域 仿生学仿生学是一门建立在多学科边缘上是一门建立在多学科边缘上的综合性学科，包括生理学、神经学、的综合性学科，包括生理学、神经学、医学、化学、数学、电子学、信息学等医学、化学、数学、电子学、信息学等学科。学科。生物体生物体生物模型生物模型数学模型数学模型技术模型技术模型技术装置技术装置4 4、仿生学的研究方法、仿生学的研究方法数学数学生物生物电烙铁电烙铁 5 5、仿生学符号、仿生学符号 1 1、青蛙与电子蛙眼、青蛙与电子蛙眼4 4种神经节细胞
3、种神经节细胞 边缘侦查器边缘侦查器 昆虫侦察器昆虫侦察器 事件侦察器事件侦察器 光强减弱感受器光强减弱感受器青蛙的视觉系统青蛙的视觉系统 由透镜由透镜(晶状体晶状体)在视网膜上形成光学图在视网膜上形成光学图像后，经过视细胞、双极细胞、输出细胞像后，经过视细胞、双极细胞、输出细胞(神经节细胞神经节细胞)而送往大脑中枢。而送往大脑中枢。“水母耳水母耳”风暴预测仪风暴预测仪2 2、水母耳与电子耳、水母耳与电子耳 颊窝颊窝 颊窝颊窝是一个红是一个红外感受器，对周围温外感受器，对周围温度变化极为敏感，能度变化极为敏感，能感受感受 0.0010.001的温度的温度变化。这类蛇能在夜变化。这类蛇能在夜间准确
4、判断周围恒温间准确判断周围恒温动物的位置。动物的位置。1 1、蛇的红外探测、蛇的红外探测 蛇蛇田鼠田鼠热血动物身热血动物身体向外散热体向外散热蛇通过感蛇通过感受器探测受器探测到热源到热源 红红 外外 探探 测测 器器 蝙蝠的捕食蝙蝠的捕食2 2、蝙蝠与超声波、蝙蝠与超声波 飞行中的蝙蝠飞行中的蝙蝠超声波超声波声音反射波声音反射波蛾蛾 蝙蝙 蝠蝠 的的 回回 声声 定定 位位超声信号被反射超声信号被反射脑脑 蝙蝙蝠蝠的的声声纳纳处处理理参考波刺激参考波刺激接受器接受器载有信息载有信息的超声波的超声波发出的发出的超声波超声波 3 3、夜蛾的反雷达技术、夜蛾的反雷达技术反雷达技术使夜蛾死里逃生反雷达
5、技术使夜蛾死里逃生 夜蛾的反雷达技术夜蛾的反雷达技术鼓膜器鼓膜器鼓膜器鼓膜器 振动器振动器胸神经节胸神经节神经纤维神经纤维 气囊气囊听觉听觉细胞细胞感受器感受器鼓膜鼓膜角质皱折角质皱折非听觉非听觉细胞细胞听觉系统听觉系统 千里迁徙千里迁徙万里洄游万里洄游4 4、动物的天然导航、动物的天然导航 动物的天然导航动物的天然导航 一些动物利用日一些动物利用日月星辰导航，也有月星辰导航，也有些动物利用海流、些动物利用海流、海水成分、地磁场、海水成分、地磁场、重力场等进行导航，重力场等进行导航，为研制通讯设备和为研制通讯设备和新型导航仪器提供新型导航仪器提供启迪。启迪。生物界中普遍存在着拟态，将生物界中普
6、遍存在着拟态，将拟态用于工程技术中去就叫拟态用于工程技术中去就叫 动动 物物 的的 拟拟 态态 与与 保保 护护 色色 章章 鱼鱼 的的 伪伪 装装 术术 坦坦 克克 的的 迷迷 彩彩 着着 装装三色迷彩的德国三色迷彩的德国“豹豹”I I坦克在电视成像下的效果坦克在电视成像下的效果 坦坦 克克 的的 迷迷 彩彩 着着 装装 1 1、生物与造船、生物与造船“复仇号复仇号”帆船帆船 体形的模仿体形的模仿 鱼雷鱼雷 俄罗斯海军新型核潜艇俄罗斯海军新型核潜艇 模仿鱼胸鳍制作的船鳍模仿鱼胸鳍制作的船鳍 结构的模仿结构的模仿 模仿鱼模仿鱼、鲸的体表粘液合成鲸的体表粘液合成了几种人工粘液，减小湍流了几种人工
7、粘液，减小湍流 潜水艇在航行时潜水艇在航行时会造成巨大的湍流会造成巨大的湍流海豚游动时身海豚游动时身边的水流很小边的水流很小人造海豚皮构造图人造海豚皮构造图 海豚皮肤构造模式图海豚皮肤构造模式图 鹰击长空鹰击长空啸傲云天啸傲云天2.2.生物与飞机生物与飞机 达达芬奇设计的扑翼飞机芬奇设计的扑翼飞机 飞鸟与飞机飞鸟与飞机 飞鸟的体形和翅飞鸟的体形和翅膀在滑进飞行时膀在滑进飞行时与飞机的飞行极与飞机的飞行极为相似为相似 各种现代各种现代先进的飞机先进的飞机能够模仿昆能够模仿昆虫在空中花虫在空中花样演习。样演习。昆虫与飞机昆虫与飞机 昆昆 虫虫 与与 飞飞 机机昆虫翅膀的运动昆虫翅膀的运动 昆虫飞行
8、昆虫飞行时翅膀的运动时翅膀的运动很复杂，其角很复杂，其角度的变化控制度的变化控制比目前的飞行比目前的飞行自动驾驶仪还自动驾驶仪还好。好。飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤 3 3、生物与建筑、生物与建筑埃菲尔铁塔 埃菲尔铁塔澳大利亚悉尼歌剧院澳大利亚悉尼歌剧院 薄壳结构薄壳结构东京中银舱体楼东京中银舱体楼 舱体结构舱体结构 圆顶屋圆顶屋 美国佛罗里达的美国佛罗里达的 未来世界博物馆未来世界博物馆 .人工合成物质人工合成物质天然物质：吗啡天然物质：吗啡、奎宁奎宁、利血平利血平人工合成物质：普罗美多人工合成物质：普罗美多 狗的嗅觉狗的嗅觉 狗的鼻子里的雾受一种狗的鼻子里的
9、雾受一种蛋白质的控制，将气味分子浓缩后传送蛋白质的控制，将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白，当气味辨别蛋白将不同的气味辨别白，当气味辨别蛋白将不同的气味辨别后，被辨别出的特定的气味信号，立即后，被辨别出的特定的气味信号，立即被嗅觉细胞传递给大脑，大脑便知道了被嗅觉细胞传递给大脑，大脑便知道了所闻到的是一种什么气味。所闻到的是一种什么气味。、人工嗅觉、人工嗅觉 人工嗅觉人工嗅觉嗅敏检测仪嗅敏检测仪采集采集系统系统嗅敏嗅敏元件元件放大放大系统系统报警系统报警系统报警系统报警系统电源电源 嗅敏电阻嗅敏电阻 是一类以是一类以SnOSnO2 2为主
10、体的金属为主体的金属半导体，它是一种表面效应很强的材料半导体，它是一种表面效应很强的材料 细胞膜的结构特点细胞膜的结构特点、仿生物膜、仿生物膜蛋白分子蛋白分子磷脂分子磷脂分子镶嵌蛋白镶嵌蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白(形成通道形成通道)跨膜蛋白跨膜蛋白 人工膜人工膜 人工膜的特点人工膜的特点 化学组成和厚度与化学组成和厚度与天然膜相似：能有效地分开两种不同的天然膜相似：能有效地分开两种不同的水相；具有结构和化学两侧不对称性，水相；具有结构和化学两侧不对称性，易于操作，能用来研究膜的向量功能易于操作，能用来研究膜的向量功能(如传递等如传递等)。机器人检修宇宙飞船机器人检修宇宙飞船七、整体仿生七、整体仿生智
11、能机器人智能机器人 1 1、机器人、机器人机器人从月球土壤中提取气体机器人从月球土壤中提取气体 自然语言自然语言语音语音图形图形图像信息图像信息知识库知识库管理软件管理软件求解问题求解问题推理软件推理软件智能智能接口软件接口软件内核软件（智能操作系统、内核软件（智能操作系统、编译系统等）编译系统等）并行处理体系结构并行处理体系结构知识库知识库硬件硬件推理机推理机硬件硬件智能接智能接口硬件口硬件2 2、智能计算机组成、智能计算机组成人机接口人机接口软件软件硬件硬件 3 3、生物计算机、生物计算机特点特点 ：能制成超高密度的线路；能制成超高密度的线路；能使生物本身固有的自我修复机能得能使生物本身固有的自我修复机能得到发挥到发挥 ，即使芯片中出了故障本身也能修，即使芯片中出了故障本身也能修复复 ，从而使它成为一种具有永久性的不出，从而使它成为一种具有永久性的不出故障元件；故障元件；只要用少量的能量就能工作只要用少量的能量就能工作 ，不存在，不存在发热问题。发热问题。
