仿生学的发展(第5-8节)

1、第一章第一章 从模仿到创造从模仿到创造仿生学的发展仿生学的发展第四节第四节 仿生学基本要素仿生学基本要素仿生需仿生需求求仿生模仿生模本本仿生模仿生模拟拟仿生制仿生制品品1.4.1仿生需仿生需求求生存需求生存需求生存需求的不断增长，促动着人类生存需求的不断增长，促动着人类 在各种实践中不断地观察自然界，历经在各种实践中不断地观察自然界，历经 了实际需求、生物模仿、大胆实践、惨了实际需求、生物模仿、大胆实践、惨 痛失败、经验总结、创造模拟等众多环痛失败、经验总结、创造模拟等众多环 节完成了模拟生物发明和创造由简单到节完成了模拟生物发明和创造由简单到 复杂，由粗糙到精细等多种工具和机器。复杂，由粗糙

2、到精细等多种工具和机器。健康需求健康需求华华佗佗五禽五禽戏戏“电疗电疗”麻沸散麻沸散五禽戏五禽戏仿生器官仿生器官仿生保健仿生保健军事需求军事需求武器装备武器装备战略战术战略战术发展需求发展需求感知更强感知更强功能更强功能更强运动更好运动更好感知更强的仿生感知更强的仿生(a)(a) 跳蛛跳蛛(b)(b) 视网膜视网膜(c)(c) 绿光通过路径绿光通过路径跳蛛及其视觉系统跳蛛及其视觉系统自然界许多生物拥有独特、超强的感知系统，如视觉、听自然界许多生物拥有独特、超强的感知系统，如视觉、听 觉、味觉、触觉等，敏锐程度远远超越人类。人类开展视觉、觉、味觉、触觉等，敏锐程度远远超越人类。人类开展视觉、 听

3、觉、嗅觉、触觉仿生，开发各种仪器设备，为人类的生活带听觉、嗅觉、触觉仿生，开发各种仪器设备，为人类的生活带 来了极大的便利。来了极大的便利。功能更优的仿生功能更优的仿生(a) (a) 仿荷叶自洁材料仿荷叶自洁材料 (b) (b) 仿生贝壳耐磨材料仿生贝壳耐磨材料(c) (c) 仿蝴蝶多层膜变色材料仿蝴蝶多层膜变色材料 仿生功能表面仿生功能表面材料材料生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的机械，在生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的机械，在与其周围环境相互作用过程中，呈现了多种功能特性，如减阻、与其周围环境相互作用过程中，呈现了多种功能特性，如减阻、 脱附、自洁、耐磨、抗疲劳、消声降噪

4、、隐身等等。人类模仿脱附、自洁、耐磨、抗疲劳、消声降噪、隐身等等。人类模仿 生物优异的功能特性，研发许多仿生功能表面和机械装备等。生物优异的功能特性，研发许多仿生功能表面和机械装备等。运动更好的仿生运动更好的仿生(c)(c) 仿蚊子空中侦察器仿蚊子空中侦察器(a) (a) 仿壁虎陆地爬行机器人仿壁虎陆地爬行机器人 (b) (b) 仿鱼海域侦察机器鱼仿鱼海域侦察机器鱼仿生机器人仿生机器人自然界中有许多生物进化优化出比人类优异的运动本领。自然界中有许多生物进化优化出比人类优异的运动本领。 人类模仿生物行走、奔跑、跳跃、游泳、飞行等运动形式，发人类模仿生物行走、奔跑、跳跃、游泳、飞行等运动形式，发

5、明了能上天入地、潜海、能在人类无法活动的地方畅行无阻的明了能上天入地、潜海、能在人类无法活动的地方畅行无阻的 仿生机械与仿生机器人。仿生机械与仿生机器人。 精神需求精神需求舞蹈群鱼戏水舞蹈群鱼戏水杨丽萍雀之恋杨丽萍雀之恋体育馆鸟巢体育馆鸟巢 兴趣需求兴趣需求人类对探索生物奥秘的兴趣、人类对探索生物奥秘的兴趣、 对自然生物的喜爱、对生物奇异对自然生物的喜爱、对生物奇异 功能的好奇和对生物特殊能力的功能的好奇和对生物特殊能力的 向往，产生了那些对人类和社会向往，产生了那些对人类和社会 具有巨大价值的仿生发明与创造。具有巨大价值的仿生发明与创造。1.4.2 仿生模仿生模本本 生物模本生物模本(a)

6、(a) 蝉翼表面结构蝉翼表面结构(b)(b) 杀菌过程杀菌过程 蝉翼表面结构及杀菌过蝉翼表面结构及杀菌过程程自然界中的生物种类繁多，包括动物、植物、微生物，自然界中的生物种类繁多，包括动物、植物、微生物，都可以作为仿生模本供各行各业进行仿生研究，发明和创造都可以作为仿生模本供各行各业进行仿生研究，发明和创造 出更优、更好的接近于生物系统的仿生制品。出更优、更好的接近于生物系统的仿生制品。 生活模本生活模本处于社会环境中的人类大脑活跃区处于社会环境中的人类大脑活跃区人类在研究生物功能特性的基础上，开始把目光投向人人类在研究生物功能特性的基础上，开始把目光投向人 类自身的生活，开展对人类生命形态的

7、仿生探索，以人类自类自身的生活，开展对人类生命形态的仿生探索，以人类自 身的生活原理、文化行为和思维哲理为模本，进行人类自然身的生活原理、文化行为和思维哲理为模本，进行人类自然 生命（生理）和精神生命（心理、心灵）的仿生研究。生命（生理）和精神生命（心理、心灵）的仿生研究。 生境模本生境模本(a) (a) 地球表面沙波纹地球表面沙波纹(b)(b) 火星表面波纹火星表面波纹 不同星球表不同星球表面沙波纹形态面沙波纹形态人类与生物所赖以生存的环境，特别是生境中所呈人类与生物所赖以生存的环境，特别是生境中所呈现出的奇特自然现象和自然环境等，也是仿生学的重要现出的奇特自然现象和自然环境等，也是仿生学的

8、重要 模本。模本。1.4.3 仿生模仿生模拟拟 形似模拟形似模拟(a)(a) 蜣螂蜣螂(b)(b) 蜣螂头部非光滑形态蜣螂头部非光滑形态(c)(c) 仿生减阻模拟设计蜣螂头部减阻仿生减阻模拟设计蜣螂头部减阻非光滑形态及仿生模拟设计非光滑形态及仿生模拟设计形似模拟是指模仿生物形态（形貌）、结构、材料、形形似模拟是指模仿生物形态（形貌）、结构、材料、形 体（形状、构形）等因素而开展的仿生设计。体（形状、构形）等因素而开展的仿生设计。 神似模拟神似模拟(a) (a) 荷叶荷叶(b) (b) 荷叶表面微观结构荷叶表面微观结构(c)(c) 仿生自洁织物仿生自洁织物 仿荷叶疏水仿荷叶疏水自洁原理制造仿生自

9、洁织物自洁原理制造仿生自洁织物神似模拟是指模仿生物多因素相互耦合、相互协同作用神似模拟是指模仿生物多因素相互耦合、相互协同作用的原理而开展的仿生，其在形似模拟的基础上更注重对生物的原理而开展的仿生，其在形似模拟的基础上更注重对生物 功能原理与规律的探究。功能原理与规律的探究。1.4.4 仿生制仿生制品品 非生命制品非生命制品非生命仿生制品是指应用于科学、技术、工程以及人非生命仿生制品是指应用于科学、技术、工程以及人 文、社科等领域的传统仿生产品，是纯人工技术制品。文、社科等领域的传统仿生产品，是纯人工技术制品。 包含生命零部件的仿生制品包含生命零部件的仿生制品随着仿生学与生命科学、医学、药学等交叉渗透愈随着仿生学与生命科学、医学、药学等交叉渗透愈 益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中 包含生命活体元素或仿生制品是生命体的组成部分。包含生命活体元素或仿生制品是生命体的组成部分。 具有完整生命的仿生制品具有完整生命的仿生制品指具有与模