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Harbin Institute of Technology 仿生感知与先进机器人技术课程报告(1) 报告题目：仿生学及仿生机械学浅谈 院 系：机电工程学院 班 级：1208104 姓 名： 学 号： 仿生学及仿生机器学浅谈 众所周知，哈工大是全国领先的高校，其机器人技术更是全国的领先者，而仿生学则毫无疑问是其中最重要的一分支。我则很荣幸的被录取到哈工大这所高校并且以进军机器人研究所而奋斗着，而通过了几节课的学习以及结合自己所搜集的资料，心中对这个领域也由一丝不懂过渡到了略懂一二。 仿生学及仿生机器学简介 1 什么是仿生学 仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学是涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。它主要是研究和建立一类人工系统，使之具有生命系统的某些特性。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术（如：通过研究鱼鳔而发明出了潜水艇的沉浮系统以及从萤火虫身上得到的启发而发明了人工冷光等）。 从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，经过几十年的发展，仿生学已经俨然成为了人类探索与创造的重要途径，正是由于仿生学才出现了越来越多的实用技术与工具。如：仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。再如，仿生学家根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。正是由于仿生学的迅猛发展，才使得这些实用性极强的工具出现，这正说明了仿生学在未来的无限潜力。 2 什么是仿生机器学 仿生学的诞生是建立在生物科学的进步、以及与电子学的相互渗透的基础上。实际上它是一门涉及广阔领域的综合性的边缘学科，若以电子学为中心来考虑，就构成了仿生电子学，若以机械学为中心来考虑，则构成了仿生机械学。 仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。它包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化，制造出仿生机械。一般机械的物理能力远远超过人类，但是却在智能方面远远落后于人类，而仿生机械是兼具了两者的优点，它是机械与智能的完美结合，既具有像生物的运动器官一样精密的条件，又具有优异的智能系统，可以进行巧妙的控制，执行复杂的动作。 二、仿生学及仿生机器学的研究动向 1 仿生学研究动向与范围 仿生学的范围很广，仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。在这其中信息与控制仿生是一个主要领域，一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面，生物模式识别的研究，大脑学习记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等均是仿生学研究的主攻方面。 2 仿生机械学的的研究动向与范围 仿生机械学同仿生学一样都具有这及其广泛的研究范围，而其研究动向一般来讲可以分为六大类：生物材料力学和机械力学、生物流体力学、生物运动学、生物运动能量学、康复工程学和机器人的工程学。 （1）生物材料力学和机械力学 以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。另外，生物的形态研究也是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态，可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。 （2）生物流体力学 主要涉及生物的循环系统，关于血液动力学等的研究已有很长的历史，但仍有许许多多的问题尚未解决，特别是因为它的研究与心