神奇的仿生學

關于神奇的仿生學第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日生物的神奇“技能”n

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

n

螢火蟲可將化學能直接轉變成光能，且轉化效率達

100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。n蝙蝠在飛行時發(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，準確確定障礙物的方位。

n

海蜇是預報風暴最早、最準確的“順風耳”。n

蒼蠅的平衡棒在飛行時以一定的頻率進行機械振動調(diào)節(jié)翅膀的運動方向，是保持身體平衡的導航儀。第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

n1960年在美國俄亥俄州召開第一次仿生學討論會，正式命名仿生學（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并取得了“滑翔機之父”的稱號。

n達芬奇——

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

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“仿生學的科學意義與前沿”為主題的第220

次香山科學會議就如何從仿生學入手、向一個極為重要的創(chuàng)新源泉——

大自然“汲取靈感”進行全面討論。

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

由于生物的種種神奇功能

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

中國第一條可用于實際應用的仿生機器魚2004年12月5日正式宣布研制成功。這臺外形酷似活魚的機器人曾出色地輔助考古專家對福建鄭成功古戰(zhàn)艦遺址進行了水下探測.技術人員通過一個手掌大小的遙控器和一臺計算機，對身長1.23米，通體色澤亮黑，外形逼真的機器魚發(fā)號各種指令。水間的機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顯眼的白色圓頂GPS導航天線，水中的機器魚令人真假難辨.這條機器魚由動力推進系統(tǒng)、圖像采集和圖像信號無線傳輸系統(tǒng)、計算機指揮控制平臺三部分組成，主要制造材料為玻璃鋼和纖維板。它的最高時速可達1.5米／秒，能夠在水下連續(xù)工作2至3小時。第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作人員讓機器魚試水第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

信息仿生學是研究生物機構與外界環(huán)境、生物個體之間、生物體內(nèi)各部分間的信息接收、儲存、處理與利用的機理，以及將其移植于技術系統(tǒng)之中的方法，并最終制成類似于生物系統(tǒng)的計算系統(tǒng)和信息接收處理系統(tǒng)。第十二頁，共三十六頁，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)正是雷達的雛形,科學家據(jù)此設計出了現(xiàn)代的雷達。第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日力學仿生學是研究和模擬生物機體外部形態(tài)和內(nèi)部結構的力學原理。第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日力學仿生學在建筑中得到廣泛應用。生物體在長期的進化中形成了各種形態(tài)，具有了一定的強度，硬度和穩(wěn)定性。在對艾菲爾斜塔進行仔細測量和研究后，發(fā)現(xiàn)它的每個構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構，蛋殼與薄殼結構，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，共三十六頁，2022年，8月28日化學仿生學是研究和模擬生物體內(nèi)的各類化學反應，包括酶學原理、選擇性生物膜和生物的能量轉換、生物發(fā)光、生物發(fā)電等。第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日利用電化學預處理玻碳電極對熱變性

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NA的吸附特性，定量檢測熱變性

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NA，判斷

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NA的變性程度。利用吸附態(tài)單、雙鏈

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NA與電化學探針亞甲藍作用差異建立起長鏈

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NA序列檢測方法及對單、雙鏈的識別。將

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NA修飾在

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TO電極表面，研制成測定藥物米非思銅傳感器。

第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日醫(yī)學仿生學是研究人工臟器、生物醫(yī)學的圖象識別以及醫(yī)學信號的分析和處理。第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日世界上首例采用數(shù)字信息技術進行的仿真下頜骨植入術日前在西安獲得成功。這是由西安交大國家級重點實驗室——激光快速成型中心與該?？谇会t(yī)學院協(xié)同攻關取得的技術成果。第十九頁，共三十六頁，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--國內(nèi)首例仿生人耳贗復體在上海研制成功。二醫(yī)大附屬第九人民醫(yī)院、上海交通大學在精技機電(上海)公司的配合下，在國內(nèi)采用數(shù)字信息技術研制成功仿生人耳贗復體，經(jīng)臨床應用于一名因外傷致使右耳缺失的患者，效果十分理想。專家認為，這是頜面贗復體修復治療方面的一項重大突破。第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日機器蠅，未來的超級間諜

美國五角大樓對有望成為“微型間諜”的機器蠅極為重視，機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。而在未來戰(zhàn)爭中，機器蠅甚至可以飛到敵方總部?？傊瑱C器蠅將完成過去“007”遠遠完成不了的任務，成為名副其實的“超級間諜”。在未來的機器蠅身上，將安裝許多傳感器和微型攝像機，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，在災難中搜尋廢墟中的幸各種復雜條件下完成拍照、攝影、取樣等工作。

奇妙的機器蠅第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結構與近代數(shù)學家精確計算出來的——菱形鈍角109°28’，銳角70°32’完全相同，是最節(jié)省材料的結構，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。60°120°第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日納米技術與分子生物學的結合將開創(chuàng)分子仿生學新領域。分子仿生學模仿細胞生命過程的各個環(huán)節(jié)，以分子水平上的生物學原理為參照原型，設計制造各種各樣的可對納米空間進行操作的“功能分子器件”，即納米機器人。納米機器人的研制和開發(fā)將成為21世紀科學發(fā)展的一個重要方向，對醫(yī)學和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日飛機高速飛行時，機翼受氣流的沖擊常發(fā)生顫振，從而導致機翼斷裂、機毀人亡。科學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”，給飛機機翼上裝了配重，從此，飛機的此類事故大大減少。

第二十四頁，共三十六頁，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動——螺，都有螺旋線；蜘蛛以螺旋形結網(wǎng)；牛角按螺旋形生長；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運而生了。位于北戴河濱的碧螺塔第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

擬態(tài)仿生學在軍事工程中應用很廣泛。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)不再僅僅局限于實物，而開始向新型材料、微電子技術等高技術方向發(fā)展。第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日坦克的迷彩偽裝三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日尾聲：在以往很長的一段時間里，人類對自然界中各種生物的利用都僅僅是對它們個體物質(zhì)上的，而仿生學卻將這種利用關系轉移到了另一個層面之上。人們開始從探索和模擬生物系統(tǒng)各機體的奧秘著手研究，借以推動科學技術的發(fā)展。因此，仿生學必將是人類歷史上的一次偉大革命！第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日仿生學就像藍天一樣深邃，神奇……而我們應該像雄鷹一樣在這片藍天中展翅翱翔!第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日制作者:電氣工程學院2004級1班于XX(學號20041478)謝謝觀賞！第三十頁，共三十六頁，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物，還是預報風暴最早、最準確的“順風耳”。因為它的“耳朵”（細柄上的小球)中有小小的聽石，風暴產(chǎn)生時發(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暴的隆隆聲，便警惕地離岸游向大海避災。

人們模擬海蟄感受次聲波的器官，設計成功精確的“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。這種儀器，可提前15小時左右預報風暴。

第三十一頁，共三十六頁，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，有時溫差可高達兩、三百度，嚴重影響許多儀器的正常工作。科學家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調(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，在每扇窗的轉動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，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，共三十六頁，2022年，8月28日再如，小小蒼蠅，能連續(xù)飛行幾小時不降落，飛行時速高達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、急轉彎，垂直上升、下降，著陸動作也很輕快。科學家研究發(fā)現(xiàn)，原來在蒼蠅翅膀后面還有一對小的翅膀——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，既是導航儀，又是平衡棒，航天科學家在楫翅的啟示下