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工程仿生学的新思路与新方法

工程仿生学是一种将自然界中的生物机能与生物结构理念融入

到人类工程设计中的新型学科，它利用生命体系提供的自适应、

自修复、自动调节等方法，来解决人类工程设计与现实环境相脱

节的问题。近年来，在技术不断进步的背景下，工程仿生学的研

究逐渐向着多方面发展，各种科技应用逐渐跨足到了不同领域，

具有广阔的发展前景与应用价值。

一、仿生设计思路:从“要做成什么”到“为何这样做”

工程仿生学设计思路是与传统设计思路不同的，其核心思想是

先模仿自然结构中的生物机能，形成函数需求，再根据功能来设

计材料、构造和工艺三个方面。相较于传统设计思路中，先从材

料、构造和工艺三个方面考虑，再拟定出需要的功能。仿生设计

理念无疑是一种借鉴和改进自然的设计思想，该理念的应用成效

相较传统设计思路而言是更加高效的。

工程仿生学不仅在概念上有所革新，仿生技术在实际应用中也

有了新的思路和方法。依靠与生物相似的设计方案，仿生机器人、

仿生静稳器、仿生飞行器等传统机器还可以在如生物自我定位、

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自适应、自行协调等方面有所创新。借鉴与自然作用相似的概念，

仿生器件可以对外部环境进行自动化、无错误的适应。

二、仿生材料:创造新型合成材料

仿生材料是工程仿生技术的重要组成部分，它可以模仿生物材

料的结构、力学与力学等成分，决定并模仿生物材料中的功能与

性质，能够用于制造低密度、高强度、降低摩擦、除臭、自清洁

等方面的产品。仿生材料的广泛应用能够带来诸如减少材料浪费、

对环境友好、生产效率高等好处，有着大量的发展前景。

斑马鱼介孔碳是一种新型的仿生材料，其开发对于实现合成材

料的高强度、高导电、高稳定性等方面有着重要的意义。在材料

学领域中，斑马鱼介孔碳材料不仅可以提供极高的电导率和机械

稳定性，还具有温度稳定性和化学稳定性，流体动力学和化学反

应等多项应用。

三、仿生机器人:实现多领域协作与应用

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仿生机器人是解决人工智能和机器人两个领域之间的协作性问

题的关键之一，这种机器人模仿了自然界中的动物行为，通过模

拟动物的神经系统和运动方式来实现各种任务，从而在研究或应

用中具有协同处理的能力。仿生机器人可以在响应自动化和纳米

级别立方体两个不同领域为主的科技应用场面中发挥重要的作用。

在现实应用中，仿生机器人可以帮助人类完成繁琐、精细的工

作，比如深海探测、地质勘探、军事作战等，传统机器及人类难

以实现这些任务或者简单的完成它们。此外，在生物和医学应用

方面，仿生机器人可以模拟人类器官、识别和研究某些疾病，甚

至可以直接应用于情报与安全。

四、仿生结构:模拟进化的优化方案

仿生结构旨在摸索出一种能够优化自身系统性能，包括环境适

应性、稳定性、耐用性、生产效率等方面，仿生结构的优化过程

是类似自然进化过程的，不同于传统工程优化算法，其优化方法

来源于自然进化过程。

仿生结构的优化方法来源于仿生算法和优化组合算法，通过利

用数量方法与受生物的模拟作用，模拟自然进化过程，能够大大

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提高优化结果的可靠性。仿生结构的应用范围广泛，如建筑环保、

算法优化、白板干燥、流程设计等方面，它的成功情况能够远远

超过其他优化算法，是一种非常有应用价值的优化方案。

总