《仿生学》-课件.ppt

源于生命的灵感——仿生学 主要内容 仿生学概念 仿生学的研究方法 仿生与工程技术 苍蝇与导航仪 翅楫：后翅位置，形状与哑铃有些相似，能使苍蝇往后“开倒车”，很快飞离“危险区”。还能为身体导航，保持飞行方向，不致于在原地兜圈子。 人们根据这个原理仿制了振动陀螺仪，已用于高速飞行的火箭和飞机，使飞机和飞行着的火箭的稳定性提高了，并实现自动驾驶。 结构仿生是通过研究自然界植物和动物系统的优异结构和功能特征，并有选择性的在设计过程中借鉴和应用这些结构原理和特征。 力学仿生是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。 建筑与仿生 蛋壳、乌龟壳和贝壳等都有弯曲的表面，这种“薄壳结构”的表面虽然很薄，但曲度均匀，非常耐压。壳体在外力作用下，内力都沿着整个表面扩散和分布。 这种结构在工程上已 得到了广泛应用，北 京车站大厅房顶就是 采用这种薄壳结构。 “鸟巢” 是模仿现实中鸟巢的多支架结构，具有很高的稳固性，应该是仿生建筑在中国的成功代表作 。 美研制出举世无双“海豚潜艇” 能跳跃翻腾  新华网 2008-09-05 “海洋跳跃者”。 水上速度可达72公里/小时，潜水速度可达32公里/小时。其最大潜水深度为1.52米，水上最大跳跃高度可达3.04米。因此，它能像海豚一样时而潜入水中，时而跃出水面。 目前这款“海豚潜艇”每条售价高达3万英镑，目标锁定百万富翁。 苍蝇与蝇眼透镜 “复眼”由30O0多只小眼组成，具有很高的时间分辨率，它能把运动的物体分成连续的单个镜头，并由各个小眼轮流“值班”。 “蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成。 “蝇眼照相机”，一次能照出千百张相同的相片。用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高效率质量。 加气混凝土砌块就是按仿生学原理模仿蜂巢结构设计，强度高于粘土砖，与同体积粘土砖相比质量减轻1/3，并具有保温、隔热、防潮和替代模板的功能。 瑞士工程师梅斯特拉尔。 显微镜下观察芒刺像一排钩子互相连结在一起，能够紧紧地钩住接触到的衣料或动物的皮毛。 仿生学研发转化为大规模生产, 家喻户晓。 萤火虫与人工冷光 萤火虫发光过程中几乎不产生热，发出的光是“冷光”，它几乎能将化学能百分之百地转变为可见光，而一只普通白炽灯泡会把98％的能源变成热量浪费掉。 通过对萤火虫发光器的研究，分离出了荧光素和荧光素酶，弄清了萤火虫发光的奥秘；发明了既省电又明亮的日光灯和冷光源，广泛地应用于怕热、怕磁等工农业生产上。 神经信息仿生学让壁虎能解人意 动物通过神经网络控制肌肉收缩，而神经信号的传导是电信号和化学信号的结合，只要人为地往壁虎大脑中输入电信号，就可以实现壁虎运动的诱导，从而控制壁虎的行为。 壁虎开颅后，在大脑内相应的脑区、位点植入电极，待伤口愈合后，就可以对其大脑发出电信号，从而控制壁虎的动作，让其按照研究人员的指令运动。 嗅敏检测仪 嗅敏电阻是一类以SnO2为主体的金属半导体，它是一种表面效应很强的材料。 狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控制，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。 人工嗅觉 仿生物膜 细胞膜 ——流动镶嵌模型 脂双层形成框架； 蛋白质镶嵌其中； 具有动态特点 人工膜的特点 化学组成和厚度与天然膜相似：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，易于操作，能用来研究膜的向量功能（如传递等）。 海豚和仿海豚皮肤的结构（上：海豚皮肤的三层结构；下：科学家研发搜新型柔性表面，(a)、(b)、(c)为不同构型的结构单位）? 第一代是示教再现型机器人，机器人有部分电脑化控制能力，但最后的决策仍然是人类。 第二代是感觉机器人，人类指派任务以后，机器人有足够的智慧完成工作，不必实时指导。 第三代是智能机器人，机器人几乎不必由人类控制 智能机器人 生物计算机 自动化机器人从月球土壤中提取气体 侧向运动时，蛇身体只有几个点接触地面，为了减少与高温沙漠接触，沙漠蛇多半采用这种运动形式 在狭窄的空间内，蛇无法摆动，只能采用直线和伸缩的方式向前运动大多时候，蛇采用蜿蜒运动的方式前进，这是它效率最高的运动方式 蛇形机器人，而且这种蛇形机器人能够适应外星球，比如月球、火星等等这种未知的环境来做一些探察工作 蛇形机器人 仿生和智能材料 仿生材料 仿制天然生物材料或具有生物功能，甚至是真正有生物活性的材料。 智能材料 定义 指模仿生物系统中同时具有感知和驱动双重功能