文獻(xiàn)檢索考察報(bào)告

文獻(xiàn)檢索考察報(bào)告：仿生學(xué)在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用第一部分：檢索部分一、 選擇CNKI總庫(kù)平臺(tái)：檢索詞：仿生學(xué)、電子應(yīng)用檢索式：（仿生or仿生學(xué)）and電子應(yīng)用檢索途徑：”仿生or仿生學(xué)”出現(xiàn)在題名字段，”電子應(yīng)用”出現(xiàn)在主題字段檢索結(jié)果：109檢索結(jié)果有些多，而且感覺(jué)有點(diǎn)不確切.因此修改檢索途徑為：”仿生or仿生學(xué)”出現(xiàn)在題名字段，”電子應(yīng)用”也出現(xiàn)在提名字段。這樣檢索結(jié)果變?yōu)?條，檢索結(jié)果比較滿意。若將檢索式改為（仿生or仿生學(xué)）and電子and應(yīng)用；檢索途徑改為”仿生or仿生學(xué)”出現(xiàn)在題名字段，”電子”出現(xiàn)在關(guān)鍵詞字段，”應(yīng)用”出現(xiàn)在提名字段，這樣的檢索結(jié)果為12條，結(jié)果也算滿意，而且有2篇論文比較精確可以引用。二、 選擇維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)檢索詞：仿生學(xué)、電子檢索條件：（題名或關(guān)鍵詞=仿生學(xué)）*（題名或關(guān)鍵詞=電子）*全部期刊*年=1989-2011檢索結(jié)果：18檢索結(jié)果比較滿意，可引用的資源也比較多三、 選擇Google搜索引擎檢索式：intext:仿生學(xué)電子應(yīng)用搜索結(jié)果：找到約6,200,000條結(jié)果（用時(shí)0.35秒）結(jié)果比較多，考慮到論文格式一般是保存為pdf格式的，因此改檢索內(nèi)容為:”allintext:仿生學(xué)電子應(yīng)用filetype:pdf”這樣搜索結(jié)果變?yōu)椋赫业郊s59,900條結(jié)果（用時(shí)0.08秒），檢索結(jié)果一般般，但可以引用的資源比較多。四、 選擇讀秀學(xué)術(shù)搜索檢索方法：使用讀秀學(xué)術(shù)搜索里的學(xué)位論文高級(jí)搜索，使用高級(jí)檢索檢索詞：仿生學(xué)、電子應(yīng)用檢索式：（仿生or仿生學(xué)）and電子應(yīng)用檢索途徑：”仿生or仿生學(xué)”出現(xiàn)在標(biāo)題字段，”電子應(yīng)用”出現(xiàn)在標(biāo)題字段檢索結(jié)果：0發(fā)現(xiàn)沒(méi)有可參考的論文，故請(qǐng)將檢索途徑均改為關(guān)鍵詞，頁(yè)面右上角的匹配方式更改為模糊，搜索結(jié)果依舊為0條五、 選擇萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)檢索方法：使用萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)中心站點(diǎn)的高級(jí)檢索檢索詞：仿生學(xué)、電子檢索式：title:仿生學(xué)keyword:電子檢索途徑：”仿生or仿生學(xué)”出現(xiàn)在標(biāo)題字段，”電子應(yīng)用”出現(xiàn)在關(guān)鍵詞字段檢索結(jié)果：4篇論文結(jié)果非常滿意，準(zhǔn)確率和檢準(zhǔn)率都比較高，4篇都是可以引用參考的論文六、 選擇SCI外文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索方法：外文數(shù)據(jù)庫(kù)里SCI數(shù)據(jù)庫(kù)，先利用CNKI翻譯助手翻譯檢索詞，再進(jìn)入SCI高級(jí)檢索檢索詞：仿生學(xué)、電子應(yīng)用翻譯后的檢索詞為：bionics、electronicapplication檢索式：主題=(bionics)AND主題=(electronicapplication)出版時(shí)間=所有年份檢索結(jié)果：25結(jié)果一般般，需要翻譯后才能明白論文的內(nèi)容，所以感覺(jué)不怎么好用七、 選擇專利數(shù)據(jù)庫(kù)：(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索)檢索詞：仿生學(xué)、電子應(yīng)用檢索式：名稱，摘要+=(仿生學(xué)and電子應(yīng)用)檢索結(jié)果：0第二部分：課題總結(jié)一、 研究原因由于這學(xué)期選了仿生學(xué)和文獻(xiàn)檢索這兩門選修課，學(xué)習(xí)到的東西特別多，而我的專業(yè)又是電子信息科學(xué)與技術(shù)，因此想借這次機(jī)會(huì)把三者所學(xué)的東西結(jié)合起來(lái)，利用文獻(xiàn)檢索學(xué)習(xí)到的檢索方法來(lái)了解和學(xué)習(xí)仿生學(xué)在電子領(lǐng)域中應(yīng)用。二、 課題背景千姿百態(tài)，生機(jī)勃勃的大自然是人類獲取創(chuàng)新靈感源泉。20世紀(jì)60年代初，誕生了一門綜合性的邊緣學(xué)科一一仿生學(xué)。它是生命科學(xué)和工程技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它把生物學(xué)原理廣泛地應(yīng)用在工程技術(shù)上。人們利用仿生學(xué)方法直接研制了很多新產(chǎn)品，例如，通過(guò)模仿人和動(dòng)物鼻子的嗅覺(jué)功能，研制了用于氣味測(cè)定的電子鼻；通過(guò)研究蛇的爬行機(jī)理，研制了仿蛇機(jī)器人；通過(guò)利用烏賊噴水前進(jìn)的原理，制造了新型噴水艇。此外，仿生學(xué)的運(yùn)用促進(jìn)了一些新的理論或技術(shù)成果。例如，基于自然界生物的生長(zhǎng)方式提出了仿生制造；基于動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和功能原理建立了仿生機(jī)械學(xué)；模仿人類的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；模仿生物進(jìn)化遺傳機(jī)理，發(fā)展了遺傳算法；等等。電力電子學(xué)是一門涉及電能轉(zhuǎn)換及控制的科學(xué)，它在最近四十年飛速發(fā)展，其理論和應(yīng)用都達(dá)到了一個(gè)較高的水平。但是，21世紀(jì)的電力電子學(xué)發(fā)展也無(wú)疑面臨著一些急需解決的問(wèn)題，如復(fù)雜電力電子系統(tǒng)的可靠性較低、新型功率變換器的系統(tǒng)效率有待提高等等。解決這些問(wèn)題有時(shí)僅僅從電力電子技術(shù)出發(fā)，很難取得重大突破。這時(shí)如果拓寬思維空間，利用仿生學(xué)思想借鑒和學(xué)習(xí)大自然中的生命現(xiàn)象和生命機(jī)理，那么有可能為電力電子學(xué)中諸多問(wèn)題的解決開(kāi)辟一個(gè)廣闊的天地。首先將電力電子仿生學(xué)作為電力電子學(xué)中的一個(gè)新的研究方向提出來(lái)。其次從生物及其系統(tǒng)的可靠性、能量流動(dòng)、智能、組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式及材料等五個(gè)方面論述電力電子學(xué)可向生命科學(xué)學(xué)習(xí)和借鑒的主要內(nèi)容。三、課題內(nèi)容：仿生學(xué)在電子學(xué)中的主要應(yīng)用自然界的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程，形成了種種精巧的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)提供了很好的生物模型。下面討論現(xiàn)代電力電子學(xué)可向生命科學(xué)學(xué)習(xí)和借鑒的主要內(nèi)容。1.生物系統(tǒng)的高度可靠性眾所周知，隨著現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題日益突出。從生命科學(xué)的研究表明，生物系統(tǒng)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電力電子系統(tǒng)，但是有著任何電力電子系統(tǒng)無(wú)法比擬的可靠性。生物的高度可靠性與其具備下列功能有關(guān)：①容錯(cuò)性；②自學(xué)習(xí)功能；③自修復(fù)功能；④自診斷和自免疫功能。生物的容錯(cuò)性與其下列結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)：第一、生物體具有冗余機(jī)制，包括結(jié)構(gòu)冗余和功能冗余。結(jié)構(gòu)冗余就是指具有備用元件；功能冗余指生物體有多個(gè)不同的部位可執(zhí)行相同的功能。例如人的雙肺、雙腎，這些部位平時(shí)各司其職，但一些部分損傷時(shí)，有關(guān)的其它部分可代替失去的部分，執(zhí)行它的功能。第二、生物體的很多重要部位具有“功能共濟(jì)”作用。一個(gè)典型的例子就是人類的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由無(wú)數(shù)個(gè)腦神經(jīng)元交錯(cuò)聯(lián)系而成，一個(gè)神經(jīng)元就聯(lián)系著上百個(gè)其他神經(jīng)元，結(jié)果使其在功能上具有共濟(jì)作用。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就使得盡管單個(gè)神經(jīng)元可靠性比晶體管等電子元件差，而其構(gòu)成的系統(tǒng)具有高度的可靠性。其實(shí)，生物系統(tǒng)的這種冗余技術(shù)在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中已有不自覺(jué)的應(yīng)用。例如，近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源的關(guān)聯(lián)運(yùn)行，以便通過(guò)N+1冗余獲得故障容錯(cuò)及冗余功率。當(dāng)電源系統(tǒng)中有模塊失效時(shí)，系統(tǒng)還可以提供100%負(fù)載功率，并實(shí)現(xiàn)所謂的熱更換(hotplug2in)或熱插撥?？傊?，生物系統(tǒng)為提高電力電子系統(tǒng)的可靠性提供了很好的典范。提高電力電子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵是研究生物系統(tǒng)可靠性機(jī)理，根據(jù)生物模型構(gòu)造具有冗余體制和自修復(fù)功能的電路拓?fù)洹⒉捎米赃m應(yīng)、自學(xué)習(xí)的控制方法和設(shè)計(jì)自診斷自免疫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。生物系統(tǒng)的高效能量流動(dòng)能量流動(dòng)是生物系統(tǒng)普遍存在的一種現(xiàn)象。按流動(dòng)層次的不同，它可分為個(gè)體能流、種群能流、群落能流和生態(tài)能流。能量在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)化、貯藏、積累和固定等一系列過(guò)程。能量生態(tài)學(xué)理論認(rèn)為，生命系統(tǒng)中的能量流動(dòng)控制與其信息流動(dòng)密切相關(guān)。信息不是能量，而是系統(tǒng)有序度和組織程度的量度。能量是做功的能力，而功是一種物質(zhì)點(diǎn)規(guī)則的能量形式，因而帶有信息。能量在作功時(shí)，受到干擾便會(huì)損失信息而轉(zhuǎn)化為熱，而熱量是質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，是不帶有信息的能量形式。因此系統(tǒng)只有不斷地從環(huán)境中輸入信息，系統(tǒng)的有序度和組織程度才能不斷得以維持和提高，從而系統(tǒng)達(dá)到一種最優(yōu)化狀態(tài)。其實(shí)，能量流動(dòng)在電力電子系統(tǒng)中也是客觀存在的。眾所周知，從狹義上講，電力電子學(xué)是利用半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)作用，對(duì)電能進(jìn)行控制和變換的科學(xué)。電力電子學(xué)研究的主要目的是通過(guò)對(duì)電能的控制和變換，使系統(tǒng)中的電能流動(dòng)達(dá)到一種預(yù)期的最優(yōu)狀態(tài)。與生物系統(tǒng)類似，電能在電力電子系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，由于受到各種干擾會(huì)損失“信息”而轉(zhuǎn)化為熱。因此環(huán)境也必須不斷地給系統(tǒng)輸入“信息”，系統(tǒng)的有序度的組織程度才能不斷地提升，系統(tǒng)才能以一種高效的狀態(tài)運(yùn)行。由上述可見(jiàn)，生物系統(tǒng)的能量流動(dòng)和電力電子系統(tǒng)的電能流動(dòng)在本質(zhì)上是相同的。從這個(gè)角度而言，電力電子系統(tǒng)可以視為是生物系統(tǒng)的延續(xù)。生物系統(tǒng)高效的能量流動(dòng)為電力電子學(xué)的電能流動(dòng)控制提供了學(xué)習(xí)和借鑒的典范。奇妙的生物智能廣義地說(shuō)，生物智能是生物搜集與分析、處理環(huán)境信息，作出正確判斷，并相應(yīng)調(diào)整自己的行為模式，以改善其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。這種智能是生物在漫長(zhǎng)進(jìn)化過(guò)程中獲得的，是生物生存和發(fā)展的必需的。研究生物的智能機(jī)理，并利用仿生學(xué)思想將之移植于電力電子系統(tǒng)，使其具有類似生物的思維功能，有能力對(duì)各種信息進(jìn)行搜集和分析處理并進(jìn)行相應(yīng)的推理判斷，從而做出決策，更好地實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或控制功能。目前，人們?cè)谀M人類智能方面作了大量的工作，并取得了一些階段性的成果。例如，近年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)均有了較大發(fā)展，并已在電力電子的下述諸多領(lǐng)域獲得應(yīng)用：電路和系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)、仿真性能優(yōu)化、容錯(cuò)控制、性能的自動(dòng)檢測(cè)、性能優(yōu)化的實(shí)時(shí)性、畸變波形的估計(jì)和脈沖寬度調(diào)制等。但是值得指出的是，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界在智能控制的研究與應(yīng)用中，過(guò)分強(qiáng)調(diào)人類智能的模擬，而忽視了更為廣闊的生物智能的學(xué)習(xí)與借鑒。生物智能內(nèi)涵十分豐富，包括生物的低級(jí)刺激反應(yīng)與人類的高級(jí)智能。人類智能雖然是生物智能的最高級(jí)形式，但對(duì)于某個(gè)具體的電力電子技術(shù)問(wèn)題而言，它未必是最優(yōu)的。生物在某種特定的智能上完全有可能優(yōu)于人類。此外，人們?cè)谀M生物智能時(shí)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)而忽視了利用其它技術(shù)手段。在電力電子技術(shù)中運(yùn)用生物智能時(shí)，有時(shí)直接利用電力電子技術(shù)本身運(yùn)用生物智能顯得更為有效。例如，現(xiàn)代電力電子技術(shù)中十分流行的智能功率模塊（IPM）。所謂智能功率模塊是先進(jìn)的混合集成功率器件，由高速、低速的IGBT芯片和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)力及保護(hù)電路構(gòu)成。IPM可實(shí)現(xiàn)高效過(guò)流、短路、過(guò)熱和欠壓等保護(hù)。先進(jìn)的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，以下特征日益明顯：非線性 各種因素互相影響，疊加原理不成立,并且系統(tǒng)往往會(huì)存在多個(gè)極值；開(kāi)放性 依靠不斷地與外界交換物質(zhì)、能量與信息才能維持運(yùn)行；非平衡性經(jīng)常遠(yuǎn)離平衡；混沌性 系統(tǒng)包含的信息復(fù)雜多樣（包括周期和非周期）,瞬息萬(wàn)變，難以捕捉和識(shí)別；時(shí)變性 系統(tǒng)的參數(shù)，甚至結(jié)構(gòu)都處在隨時(shí)變化之中；符號(hào)性 很多問(wèn)題的描述涉及語(yǔ)意處理的符號(hào)運(yùn)算；此外還有動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性和模糊性等。各種各樣的生物系統(tǒng)從細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、群落直至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，無(wú)一不具備上述所有特征，甚至有過(guò)之而不及。對(duì)于如此復(fù)雜的系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)方法是很難進(jìn)行研究的?？纱笞匀豢傆幸环N高效的組織結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式來(lái)駕馭系統(tǒng)。其方法核心內(nèi)容是“信息共享，單元自律，各行其是，并行決策，自動(dòng)協(xié)調(diào)”與傳統(tǒng)電力電子系統(tǒng)所沿用的集中控制、順序決策的方法相比較，上述生物控制方法具有更好的魯棒性和抗擾動(dòng)能力。今天，人們正在研究的多模塊電源的分布式控制、電力電子故障診斷中的并行決策等其實(shí)是在不同程度或有意無(wú)意地模仿生物系統(tǒng)的組織方式與運(yùn)行模式。因此在設(shè)計(jì)復(fù)雜電力電子系統(tǒng)時(shí)學(xué)習(xí)和借鑒生物系統(tǒng)的先進(jìn)的組織結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式是很有意義的。性能優(yōu)良的生物材料借鑒有關(guān)生命現(xiàn)象和生命機(jī)理，21世紀(jì)的電子材料科學(xué)可獲得一些新的發(fā)展思路。仿生智能電子材料就是在這種構(gòu)思下提出的。所謂仿生智能電子材料，系指對(duì)環(huán)境可感知且可響應(yīng)，并且有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。它是受集成電路啟發(fā)并且模仿生物體所具有的功能而設(shè)計(jì)的三維組件模式的融合型材料，使無(wú)生命的材料變得似乎有了“感覺(jué)”和“知覺(jué)”。例如，功率半導(dǎo)體器件在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作條件下容易因過(guò)熱而導(dǎo)致導(dǎo)電性能變差甚至損壞，因而有必要使半導(dǎo)體材料增添信號(hào)檢知、抑制損壞和自我修復(fù)功能等智能化功能。眾所周知，生命實(shí)際上是蛋白質(zhì)的存在形式，細(xì)胞為生命材料的基礎(chǔ)，而細(xì)胞具有傳感、處理和執(zhí)行三種功能，因此它為仿生智能電子材料的設(shè)計(jì)提供了很好的藍(lán)本。四、課題結(jié)論綜上所述，生物及其系統(tǒng)在可靠性、能量流動(dòng)、智能、組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式和材料等方面為電子領(lǐng)域創(chuàng)新提供了很好的仿生模型。當(dāng)然生命科學(xué)中值得電力電子學(xué)借鑒和學(xué)習(xí)的地方遠(yuǎn)不止這些。在電子學(xué)中引入仿生學(xué)，可以在電子學(xué)眾多研究領(lǐng)域中產(chǎn)生一些新的研究思路。可以預(yù)言，仿生學(xué)思想將成為21世紀(jì)電力電子學(xué)的創(chuàng)新源泉之一，電力電子仿生學(xué)是一個(gè)極具生命力的研究方向。五、檢索心得從通過(guò)各種檢索方法搜索相關(guān)內(nèi)容到最終完成這個(gè)課題，真的萬(wàn)分感慨，中途遇到很多困難，因?yàn)槔鲜钦也坏胶线m的內(nèi)容，但是最終還是完成了，我終于將兩門選修課和我的專業(yè)課融合在了一起，無(wú)論是仿生學(xué)和專業(yè)課的知識(shí)拓展