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1、 仿生学主要内容（1 1）仿生学概念）仿生学概念（2 2）仿生与工程技术）仿生与工程技术一、仿生学的概念仿生学,英文名称bionics 定义：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。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。应用的学科：生物化学与分子生物学、方法与技术。关于仿生学的例子苍蝇与振动陀螺仪苍蝇与振动陀螺仪蝙蝠与雷达萤火虫与人工冷光电鱼与福特电池蛋壳与薄壳建筑鸟与飞机鱼尾与船橹橹 生物体的结构对功能的适应性结构适应于功能是动物中的普遍现象不同的动物，其形态结构特征可以有相当大的差别。动物为适应自然的选择，产生
2、了各种各样的形态特征。二、仿生学与工程技术仿生学在工程技术方面的应用有很多，例如：感觉仿生、结构仿生、拟态仿生、力学仿生、化学仿生、仿生材料等等。而今天，我们要探究的就是这六个部分，下面展开我们的学习吧 感觉仿生探索人和动物感觉系统奥妙的仿生学研究探索人和动物感觉系统奥妙的仿生学研究工作，称为工作，称为感觉仿生。感觉仿生。感觉仿生又分为视觉仿生、听觉仿生、嗅感觉仿生又分为视觉仿生、听觉仿生、嗅觉仿生、触觉仿生、味觉仿生觉仿生、触觉仿生、味觉仿生现今感觉仿生已经成为仿生学的发展重点。现今感觉仿生已经成为仿生学的发展重点。下面是属于感觉仿生的一些例子。下面是属于感觉仿生的一些例子。水母耳与风暴预测
3、仪水母耳与风暴预测仪“耳耳”（细柄上的小（细柄上的小球球)中有小小的听石，中有小小的听石，上面布满神经感受器，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发能听到风暴产生时发出的次声波（由空气出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，和波浪摩擦而产生，频率为频率为8赫兹赫兹-13赫兹，赫兹，传播比风暴、波浪的传播比风暴、波浪的速度快）。速度快）。苍蝇与导航仪苍蝇与导航仪翅楫：后翅位置，形状与哑铃有些翅楫：后翅位置，形状与哑铃有些翅楫：后翅位置，形状与哑铃有些翅楫：后翅位置，形状与哑铃有些相似，能使苍蝇往后相似，能使苍蝇往后相似，能使苍蝇往后相似，能使苍蝇往后“开倒车开倒车开倒车开倒车”，很快飞离很快飞离很快
4、飞离很快飞离“危险区危险区危险区危险区”。还能为身体。还能为身体。还能为身体。还能为身体导航，保持飞行方向，不致于在原导航，保持飞行方向，不致于在原导航，保持飞行方向，不致于在原导航，保持飞行方向，不致于在原地兜圈子。地兜圈子。地兜圈子。地兜圈子。人们根据这个原理仿制了振动人们根据这个原理仿制了振动人们根据这个原理仿制了振动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陀螺仪，已用于高速飞行的火陀螺仪，已用于高速飞行的火陀螺仪，已用于高速飞行的火箭和飞机，使飞机和飞行着的箭和飞机，使飞机和飞行着的箭和飞机，使飞机和飞行着的箭和飞机，使飞机和飞行着的火箭的稳定性提高了，并实现火箭的稳定性提
5、高了，并实现火箭的稳定性提高了，并实现火箭的稳定性提高了，并实现自动驾驶。自动驾驶。自动驾驶。自动驾驶。结构仿生与力学仿生结构仿生与力学仿生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。生物与造船生物与造船结构的模仿模仿鲸的胸鳍给船装模仿鲸的胸鳍给船装上了船鳍。上了船鳍。模仿鱼和鲸体表粘液模仿鱼和鲸体表粘液合成了几种人工粘液，合成了几种人工粘液，以减小湍流。以减小湍流。苍蝇与蝇眼透镜苍蝇与蝇眼透镜 复眼
6、复眼”由由30O030O0多只小眼组成，多只小眼组成，具有很高的时间分辨率，它具有很高的时间分辨率，它能把运动的物体分成连续的能把运动的物体分成连续的单个镜头，并由各个小眼轮单个镜头，并由各个小眼轮流流“值班值班”。“蝇眼透镜蝇眼透镜”是用几百或者是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合几千块小透镜整齐排列组合而成。而成。“蝇眼照相机蝇眼照相机”，一次能照，一次能照出千百张相同的相片。用于出千百张相同的相片。用于印刷制版和大量复制电子计印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高算机的微小电路，大大提高效率质量。效率质量。拟态仿生生物界中普遍存在着拟态，将拟态用于工生物界中普遍存在着拟态，将拟
7、态用于工程技术中去就叫拟态仿生。程技术中去就叫拟态仿生。最突出的例子就是最突出的例子就是动物的拟态与保护色了。动物的拟态与保护色了。保护色：白保护色：白/棕色桦尺蛾棕色桦尺蛾 变色龙变色龙 拟态：竹节虫 枯叶蝶 化学仿生研究和模拟的是生物体中的各类化学反应，研究和模拟的是生物体中的各类化学反应，包括酶学原理、选择性生物膜和生物结构包括酶学原理、选择性生物膜和生物结构的能量转换、生物发光、生物发电等。的能量转换、生物发光、生物发电等。而化学仿生又分为而化学仿生又分为人工嗅觉人工嗅觉和和仿生物膜仿生物膜这这两个部分。两个部分。人工嗅觉人工嗅觉狗的鼻子里的雾受一种蛋白质狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控
8、制，将气味分子浓缩后的控制，将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白，当气味上的气味辨别蛋白，当气味辨别蛋白将不同的气味辨别辨别蛋白将不同的气味辨别后，被辨别出的特定的气味后，被辨别出的特定的气味信号，立即被嗅觉细胞传递信号，立即被嗅觉细胞传递给大脑，大脑便知道了所闻给大脑，大脑便知道了所闻到的是一种什么气味。到的是一种什么气味。嗅敏检测仪就是利用这种现象而制成的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
9、功能（如传递等）。萤火虫与人工冷光 萤火虫发光过程中几乎不产生萤火虫发光过程中几乎不产生热，发出的光是热，发出的光是“冷光冷光”，它，它几乎能将化学能百分之百地转几乎能将化学能百分之百地转变为可见光变为可见光，而一只普通白炽，而一只普通白炽灯泡会把灯泡会把9898的能源变成热量的能源变成热量浪费掉浪费掉。通过对萤火虫发光器的研究，通过对萤火虫发光器的研究，分离出了荧光素和荧光素酶，分离出了荧光素和荧光素酶，弄清了萤火虫发光的奥秘；发弄清了萤火虫发光的奥秘；发明了既省电又明亮的日光灯明了既省电又明亮的日光灯和和冷光源，广泛地应用于怕热、冷光源，广泛地应用于怕热、怕磁等工农业生产上。怕磁等工农业生
10、产上。仿生和智能材料智能材料有哪些？如变色玻璃、形状记忆合金、增韧氧化锆陶瓷、正如变色玻璃、形状记忆合金、增韧氧化锆陶瓷、正温度系数热敏陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多温度系数热敏陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多肽等肽等正在研究的智能材料和系统能自诊断断裂的飞机机翼能自诊断断裂的飞机机翼 控制湍流和噪声的机械蒙皮控制湍流和噪声的机械蒙皮 人工肌肉和皮肤人工肌肉和皮肤 定向投药等定向投药等变色玻璃在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复其原来
11、颜色的玻璃。又称光致变色玻璃或光色玻璃。变色其原来颜色的玻璃。又称光致变色玻璃或光色玻璃。变色其原来颜色的玻璃。又称光致变色玻璃或光色玻璃。变色其原来颜色的玻璃。又称光致变色玻璃或光色玻璃。变色玻璃是在玻璃原料中加入光色材料制成。玻璃是在玻璃原料中加入光色材料制成。玻璃是在玻璃原料中加入光色材料制成。玻璃是在玻璃原料中加入光色材料制成。基本原理：含有溴化银基本原理：含有溴化银基本原理：含有溴化银基本原理：含有溴化银(或氯化银或氯化银或氯化银或氯化银)和微量氧化铜的玻璃是和微量氧化铜的玻璃是和微量氧化铜的玻璃是和微量氧化铜的玻璃是一种变色玻璃一种变色玻璃一种变色玻璃一种变色玻璃.当受到太阳光或紫
12、外线的照射时当受到太阳光或紫外线的照射时当受到太阳光或紫外线的照射时当受到太阳光或紫外线的照射时,其中的溴其中的溴其中的溴其中的溴化银发生分解化银发生分解化银发生分解化银发生分解,产生银原子产生银原子产生银原子产生银原子(AgBr=Ag+Br).(AgBr=Ag+Br).银原子能银原子能银原子能银原子能吸引可见光吸引可见光吸引可见光吸引可见光,当银原子聚集到一定数量是当银原子聚集到一定数量是当银原子聚集到一定数量是当银原子聚集到一定数量是,射在玻璃上的光射在玻璃上的光射在玻璃上的光射在玻璃上的光大部分被吸收大部分被吸收大部分被吸收大部分被吸收,原来无色透明的玻璃这时就会变成灰黑色原来无色透明的
13、玻璃这时就会变成灰黑色原来无色透明的玻璃这时就会变成灰黑色原来无色透明的玻璃这时就会变成灰黑色.当把变色后的玻璃放到暗处时当把变色后的玻璃放到暗处时当把变色后的玻璃放到暗处时当把变色后的玻璃放到暗处时,在氧化铜的催化作用下在氧化铜的催化作用下在氧化铜的催化作用下在氧化铜的催化作用下,银银银银原子和溴原子又会结合成溴化银原子和溴原子又会结合成溴化银原子和溴原子又会结合成溴化银原子和溴原子又会结合成溴化银(Ag+Br=AgBr),(Ag+Br=AgBr),因为因为因为因为银离子不吸收可见光银离子不吸收可见光银离子不吸收可见光银离子不吸收可见光,于是于是于是于是,玻璃又会变成无色透明玻璃又会变成无色
14、透明玻璃又会变成无色透明玻璃又会变成无色透明.这就这就这就这就是变色玻璃变色的基本原理是变色玻璃变色的基本原理是变色玻璃变色的基本原理是变色玻璃变色的基本原理.形状记忆合金形状记忆合金记忆合金在记忆合金在记忆合金在记忆合金在航空航天航空航天航空航天航空航天领域领域领域领域内的应用有很多成功的范内的应用有很多成功的范内的应用有很多成功的范内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天例。人造卫星上庞大的天例。人造卫星上庞大的天例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。线可以用记忆合金制作。线可以用记忆合金制作。线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛发射人造卫星之前，将抛发射人造卫星之前，将抛发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫物面天线折叠起来装进卫物面天线折叠起来装进卫物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造星体内，火箭升空把人造星体内，火箭升空把人造星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只卫星送到预定轨道后，只卫星送到预定轨道后，只卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线需加温，折叠的卫星天线需加温，折叠的卫星天线需加温，折叠的卫星天线因具有因具有因具有因具有“记忆记忆记忆记忆”功能而自功能而自功能而自功能而自然展开，恢复抛物面形状。然展开，恢复抛物面形状。然展开，恢复抛物面形状。然展开，恢复抛物面形状。谢谢