从结构仿生到生态仿生看仿生学的发展林 雁 (南京师范大学附属实验学校 江苏 210046)
师法自然是中国古代有名的哲学思想,而今科学技术的发展更证明了这一点。1960年,美国科学家斯蒂尔经过长时间的观察研究,创立了仿生学(Bionics)。从此,生物体的精巧结构,成了工程学有意模仿的对象,工程师们向生物学习,创造出众多高性能的器件。进入21世纪,仿生学又朝着系统仿生的方向发展,为人类社会的可持续发展注入了新的活力。
科学家研究发现,生物器官结构之巧妙,能量的节省和工作性能之优越,是人造机器无法相比的。这表明由选择进化磨合积累的功能,最符合大自然的和谐原则与优化原则。
1 蛛丝及贝壳结构的启示
生物器官结构和性能的优越,同生物材料的组织生产方式密切相关。例如,人类生产的防弹纺织材料,要在高温高压的强酸中生成,条件极其苛刻。而一种金色球形网蜘蛛,却能在常温下以水为介质,抽出比人造防弹材料坚韧得多的蛛丝,而且能被生物降解。美国康奈而大学教授杰林斯领导的科学家小组,用核磁共振仪(N BR)拍了几百幅蜘蛛丝腺的照片,同光学显微镜切片进行对照研究,并把资料输入计算机,模拟出一只三维仿真蜘蛛。在电脑中对仿真蜘蛛解剖研究,发现蛛丝蛋白质多聚体从腺体产生后,必须经过一段十分复杂的管道,分子在其中重新排列组合,形成了特殊的三级结构,才有如此的韧性。
一只贝壳具有高级陶瓷的强度,把它从高处跌下一般不会粉碎,如用很大的外力将它搞破,裂口也不象陶瓷那样平展。把贝壳磨成极薄的片子在电子显微镜下观察,能见到贝壳是由一层叠一层的超薄碳酸钙晶片,与十亿分之一米直径的蛋白质分子粘合而成的。这种结构在受压时,碳酸钙晶片可以在蛋白质分子间滑动变形,能像金属一般有延展性,使贝壳具有最大的强度。科学家又研究了甲虫的甲壳,发现它的表皮是由埋在胶质中的蛋白质纤维组成,而且成对地呈螺旋组合重叠,都不对称,具有极大的抗冲击性。生物在组成材料时,是从原子排列成分子,由分子装配成纤维或晶体一类中间成分,再形成各种组织,每一步都有精确的基因控制程序,做到天衣无缝。而人在生产复杂材料时,只是由分子进行化学键的结合,与生物的组合相比,实在是太简单了。
科技人员模仿生物组织材料的方法,用双螺旋的不对称层叠排布石墨与环氧树指,生产出比传统碳纤维强度更好的机翼材料,生产出的机翼既轻、耐冲击又不容易变形,大大提高了飞机的性能。
2 DNA装配与分子机器
据推测,从30亿年前开始,生物就以DNA和RNA 核苷酸的多变排列,调控20种氨基酸原料合成各种蛋白质。从理论上讲,生物可以合成任意长度的蛋白质。但研究的结果表明,肽链误译率相当高。如果是由500个氨基酸组成的蛋白质。每4个这样的蛋白质分子就有一个是错误蛋白,这对于生命来讲是十分危险的。生物体一方面令错误的蛋白质报废,一方面对合成进行控制,使合成的肽链很短,再由多条链(亚基)组合成蛋白质。刚合成的蛋白质是线性的肽链,必须经过修饰程序的加工,折叠成具有多级结构、稳定功能的复合体。生物分子的自组装就是这样既保证了产品的特异性,又使产品维持一定的几何形状。生物学家还了解到,蛋白质分子是一种刚柔互补的分子,脯氨酸的存在增加了蛋白质的刚性,甘氨酸则使蛋白质具有柔性。蛋白质中还有一种异构酶,能根据其它蛋白质的存在而调整自己的结构,进而增强蛋白质的整体功能。
当今兴起的纳米技术,是一种制备纳米材料和纳米级微型机器技术,特别是纳米级组装能生产出提纯分子的纳米泵、分子大小的计算机等纳米器件是制造业的一次大革命。由于加工的部件是一些原子和分子,即使是用电子显微镜进行操作或用激光镊子技术,部件的捕捉与定位装配也是相当困难的。如果仿照细胞生物化学反应的过程来进行纳米级生产,就要容易得多,这就是分子制造领域里的仿生技术,一种高度自动化的按模板进行自组装的技术。模仿DNA指挥合成生物分子过程的纳米仿生,是一种刚提上研究日程的未来技术,即使与当今最先进的制造技术相比,也有很大的超前性,它代表了高新制造的发展方向。
3 梦圆伊甸园的生态仿生
人类的物质生产,从后工业时代到信息时代,创造了巨大的财富,但是这些物质生产均是以消耗地球资源为代价的。在生产过程中,人类只将很少一部分原材料变成产品,大部分原材料当作废物排到地球环境中。就拿新兴的信息产业来说,目前全世界的硅年产量为80万吨,其中仅有少部分变成超净的电子用硅,这其中又只有0.093%做成了芯片,0.4%变成光电池,大部分以废物的形式丢弃。在生产这些芯片中,消耗的30万吨以上的酸碱洗液,也作为废物排到了环境
昆虫性外激素与害虫防治
刘 流 (甘肃省天水师范学院化学化工研究所 741000)
郭红英 (甘肃省天水市秦城区教研室生化组 741000)
摘 要 昆虫性外激素是昆虫间吸引异性进行交尾、繁殖后代的重要化学物质,利用天然的或人工合成的昆虫性诱剂及类似物,可有 效地防治害虫。
关键词 昆虫 性外激素 害虫防治
在自然界,许多昆虫已发展出一种以交换气味为基础的实质性“语言”。这些昆虫有发育很健全的臭腺,它们担任着合成和释放化学物质的任务,这些化学物质被称为外激素(或称信息素),它们由昆虫释放后,一旦被同种的其它成员觉察,就引起一种专一的、特征性的响应。而其中最主要的昆虫外激素是性外激素(或称性信息素,Sexpheromone),它是由同种中的雌性,或少数情况下由雄性释放,以引诱同种成员中的异性昆虫,达到交尾之目的。用人工提取、合成的性外激素或类似物防治害虫时,通常叫昆虫性引诱剂,简称性诱剂。
早在1873年人们就发现了昆虫雌雄之间的引诱现象,直到1959年Butenandt等在经过了20余年的努力之后,最终成功地从50万只雌性处女蚕蛾中分离出12mg性外激素———蚕蛾醇(bombykol)的衍生物,并确定了其结构。实验表明,1×10-12μg
的蚕蛾醇即可使雄性蚕蛾兴奋,它是从昆虫中发现并提取的第一个性外激素。由于昆虫中性外激素含量极少,如鳞翅目昆虫,每个个体的含量约在1×10-4～1×10-2μg之间,要分离出一定的量供结构研究十分困难。但由于科学技术的发展,尤其是高场超导核磁仪器和立体合成选择技术的出现和发展,近20年来,昆虫性外激素的结
中。由于三废的污染已经危及人类的生存,各国政府不得不化大量的钱财来进行治理。但是,治理的结果只是使污染物一级一级转移,不能根本解决系统的环境问题。70年代末,一些科学家提出了清洁生产,通过科学的设计、工艺流程的改造,减少废物的排放,或是达到零排放。这在一定程度上减轻了环境的压力,但却不能从整体上解决全球的环境问题,环境污染成了各国政府和科学家的一块心病。
进入90年代后,一些有创见的科学家提出了“产业生态学”的概念,认为人类的物质生产,必须向大自然生态系统学习,方能做到真实意义上的可持续发展。自然生态系统中的物质和能量,由于食物链、食物网的联系总能充分利用,几乎不能产生废物。初级生产者积累的营养物质,为各级消费者提供充足的食物,分解者把各级消费者的代谢产物和遗体转化为无机盐,供生产者吸收利用。人类的物质生产也应像自然生态系统一样,实现物质的闭路循环,不同的行业之间应该横向共生,为废物找到下一级的“分解者”,建立产业系统的“食物链”或“食物网”,使上一级的排出物成为下一级的生产原料,从而实现物质的再生循环和分层利用。
模仿生态系统的物质循环组织生产,各行业必须选用能再循环的原材料,在生产中要尽量降低能耗和水耗,生产过程应该对人和自然生态系统没有重大的危害;产品的包装必须是能再生的材料,产品的使用做到节能、对环境没有影响;使用后有的部件能重复利用或回收进入再循环。更重要的是,上一个工厂的废弃物应成为与此相关的下游工厂的原材料。许多发达国家正按这种模式建立生态产业园,在产业园里各个工厂形成互利共生的网络,实行物流的闭路循环,使物质能量得到最大程度的利用,实现整个系统的零排放。在这一方面,丹麦的卡伦堡镇是一个典型。该镇将发电厂、炼油厂、生物技术制品厂、塑料板厂、硫酸厂、水泥厂、种植养殖、园艺和居民的供热系统组成一个工农业生态网,使废水、废气、工厂的各种副产品,成了原材料。不但使废物的排放减少到最小,企业间的横向合作还大大节省了开支,全镇每年增收均达1000万美元。目前,全世界有数十个生态产业园在规划建设中。
生态仿生,是宏观生物学给人的启示,是一种更为高级的系统仿生。科学家们认为,人类的环境难题最终会在生态产业园的发展中得到解决。仿生学从结构仿生到生态系统仿生的发展,说明人向大自然的学习是无止境的。演化了几十亿年的大自然,从它的基因库、微观的生命运动至宏观的生态系统,都是人类的老师。
仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。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。 2。从萤火虫到人工冷光； 3。电鱼与伏特电池； 4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，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。 5。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11。船桨模仿的是鱼的鳍。 12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 好运 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。
仿生学应用综述 仿生学是一门既古老又年轻的学科。人们研究生物体结构与功能的工作原理，并根据这些原理发明出新的设备和工具，创造出适用于生产，学习和生活的先进技术。某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。 仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 仿生学在很多方面都有应用，对当今的科学技术发展提供了源源不断的动力。以下就是一些精彩的案例。 我们学校以纺织专业著称，而一种好的纺织材料是大家都追求的。在这方面，科学家也进行过研究。比如， 蜘蛛丝仿生材料概述及应用 采用仿生学原理, 设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域.天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维, 具有高比强度(约为钢铁的5倍)、优异弹性(约为芳纶的10倍)和坚韧性(断裂能为所有纤维中最高), 为自然界产生最好的结构和功能材料之一, 它在航空航天、军事、建筑及医学等领域表 现出广阔应用前景.受自然界蜘蛛丝启发, 天然蜘蛛丝仿生材料 的研究迎来了机遇, 同时也给人们展示了许多新颖的仿生设计
方法。1.材料学院无机非1302班武艳琪1310220226。 生活中一些微不足道的事物也会成为仿生学的应用。比如小小的苍蝇。苍蝇为人类做出了的伟大的贡献。令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，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。这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。另外苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是个“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶2. 39
仿生学论文 10级生物科学 1009210117 张荣华
摘要 自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了自身许多优异的结构和特殊功能。人们模仿生物界的这些结构特征,将它们应用于自身的斗争,即军事斗争中。利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。解决在日常的生产生活中遇到的问题，制造多种探测、斗争武器。 关键词：生物结构特殊功能实践运用军事
一.仿生学简介 仿生学（bionices）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 1.历史由来自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使 它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 2.研究方法仿生学是生物学、数学和工程技术学互相渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含
四年级仿生学的资料 鲨鱼皮泳衣仿鲨鱼 雷达仿蝙蝠 迷彩服仿变色龙 全息照相机仿青蛙眼睛 青蛙肌肉仿抗干扰系统 视觉仿电影摄影机 响尾蛇仿红外技术 雷电现象仿电池 蛙眼仿目标跟踪系统 昆虫复眼仿超长波 昆虫的触角仿天线 蜜蜂的超顺磁铁仿导航超长波变色龙发明了军事伪装人们发现，一些关于植物和动物的相类似的功能，实际上是超越了人类自身在此方面的技术设计方案的。植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。 仿生学的目的就是分析生物过程和结构以及它们的分析用于未来的设计。仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。人类所从事的技术就是使得达到最优化和互相间的协调。而模拟生物适应环境的功能无疑是一个好机会。 在我们人类的技术世界中模拟自然中的东西并不是一个新鲜的思想，自从传说中的Ikarus 带着用鸟的羽毛做成的翅膀飞向空中，而最后因为太阳的热度掉到地上起，人类一直就沉迷于此。 那么仿生学的确切定义是什么呢？ 仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。属于生物科学与技术科学之间的边缘学科。它涉及生物学、生物物理学、生物化学、物理学、控制论、工程学等学科领域。仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。 1. 滑翔机是根据一种滑翔蝙蝠制造的 2. 人们仿蜂巢构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料 3. 紧急情况，蜘蛛大腿内就会充满液体而使腿由软变硬，爆发出力量一跃而起，仿生学家们模仿这种奇妙的液压腿，研制出一种步行机 4. 根据蜻蜓设计了直升飞机 5. 根据青蛙的眼睛设计了电子眼 6. 根据海星的触角设计了吸盘 7. 根据海豚设计了声纳 1 / 1
基于仿生学的智能计算浅谈 摘要：本文介绍了仿生学智能计算的自然及数学原理，同时分析了基于仿生学的智能计算的几种经典的算法，最后就仿生学智能计算的发展方向提出了一点个人见解。 关键词：仿生；智能；算法；蚁群算法；遗传算法；人工神经网络 中图分类号：tp183 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01 intelligent computing based on bionics zhang guangshun (school of information science,jiujiang university,jiujiang 332005,china) abstract:this paper describes bionics intelligent computing and mathematical principles of natural,simultaneous analysis of intelligence based on bionic algorithm for the calculation of several classic,and finally the development of intelligent computing the direction of bionics made a personal opinion. keywords:bionic;intelligent;algorithm;ant colony algorithm;genetic algorithm;artificial neural network 一、仿生学智能计算的原理 （一）自然原理。达尔文在进化论中提出，大自然中的生物“物
仿生学研究报告上传
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《自然界材料构筑科学与 创新思维》研究报告 指导教师: 学号：姓名:
目录 一、仿生学概念 二、自己对仿生学的理解 三、仿生学的应用 1.利用动物体的特性 （１）利用鱼鸟的特点为火车入隧道过程降噪 (2)利用鲨鱼皮表面的特点进行抗菌 （3）利用珊瑚体秘方减少二氧化碳的排放（4）学习小生物如何从雾气中获取水分2.利用植物体的特性 (１)利用树沿压力线重组的特性构造轻量化材料 （2）利用叶子的光合作用制造太阳能电池（３）利用荷叶表面的特性制造防雨工具（４)王莲能够托起超重物体 3.利用细胞特性 (1)利用细胞膜的特性制造去盐薄膜 四、小结
一、仿生学的概念 仿生学是指人类模仿生物功能，来发明创造的科学。它是一门新型边缘学科。研究对象是生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于人造工程技术之中。该学科的问世，大大开阔了人类的技术眼界,显示了巨大的发展潜力,是人类智慧的结晶。 二、自己对仿生学的理解 仿生学就是通过理解动物的自身特性，以及它们利用这些特性所做出的利于自己生存的本领,再经过人类能动性的思考,抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用联系的思想加以应用于人类的生活和生产,为人类创造便捷和更有突破的生活方式。我们的生活、生产中不缺乏一些例子。例如,我们平时最讨厌的在空中到处乱飞的苍蝇,利用苍蝇的鼻子嗅觉原理可以制作小型的气体探测仪,利用苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)进行模仿,将它制成了“振动陀螺仪”，应用到了火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶;利用蝙蝠发出的超声波可以与障碍物反弹的原理制成了制造出了雷达,应用到了飞机航空中。萤火虫腹部的发光器中的荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光，正是利用这样的原理，创造了日光灯．.．.．. 像这样仿生学的例子数不胜数。接下来,让我们具体看一看仿生学的应用。
1、1体温得测量方式及正常值 生命指征得定义 三种测量体温得方法:1、口测法2、肛测法3、腋测法 体温正常变化范围 体温异常 发热程度 1、1、2仿生学得起源 1、2仿生学得诞生 仿生学得定义就是1960年提出 1、3仿生学与科技创新得关系 仿生学就是科学与技术原始创新得不竭动力。 1、4、1仿生需求(一) 仿生需求:1、健康需求2、军事需求3、发展需求4、精神需求5、兴趣需求 1、4、2仿生模本(二) 仿生模本:1、生物模本2、生活模本3、生境模本 1、4、3仿生模拟(三) 仿生模拟:1、形似模拟2、神似模拟 1、4、4仿生制品(四) 仿生制品:1、非生命得仿生制品2、生命零部件得仿生制品 第二章从灵感到制造得创新过程——仿生学得研究方法 2、1生物模本分析 生物体→生物模型→数学模型→实物模型→技术装置 问题提出→典型生物体分析→建立生物原型 2、2仿生原理分析 仿生原理分析: 形态、成分、生物电、分泌物、弹性与柔性、生物活性 2、3实物模型建立 实物模型建立: 1、建立数学模型:数理统计、有限元、试验优化、分形分维、灰度分析、层次分析、动态过程、模型分析 建立实物模型:推土部件、铲装部件、耕作部件、储运部件 建立实物模型:推土部件(推土铲、推土板) 铲装部件(挖斗、铲斗) 耕作部件(犁壁、深松铲) 储运部件(步行轮、气垫车、驼蹄轮胎、自卸车箱) 第三章适者生存——军事仿生 3、1、1仿生武器装备1 军事仿生学研究方法(3阶段,3研究方法) 生物结构与兵器制造; 1、模仿生物得生物结构制造十八般武器:刀、戟、抓鞭与锏 3、1、2仿生武器装备2 飞机与鸟与昆虫蜻蜓可作长时间得悬停,苍蝇可以随意转变方向每根羽毛有专属得肌肉,鸟得喙就是中空得,鸟类全身设计都就是为了飞行 奥拓利林塔尔:滑翔机之父莱特兄弟1903年:飞行一号信天翁;展翅比飞机震颤问题军用飞机:歼击机、轰炸机,无人机 3、1、3仿生武器装备3 潜艇与鱼与海兽下潜与上浮水母,乌贼,鱼最初就是在水柜里冲水戴维布什内尔:美国第一潜艇Tuetle(1776) 富尔顿(1801—法)鹦鹉螺号动力: 人力电动机—柴油/汽油发动机速度与动力利用效力海豚:外表皮层,乳突在真皮层, 40~48公里每小时,70~100公里每小时冲
仿生学对人类社会发展的贡献 一、仿生学的概念 所谓“仿生”，顾名思义就是向生物学习、模仿或取得启示，仿造各种生物的优点以用在人类科学技术的创造或改进上。仿生学一词是1960年由美国.斯蒂尔提出的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。 仿生学的研究范围主要包括①力学仿生：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。②分子仿生：研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。③能量仿生：研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。④信息与控制仿生：研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人---机系统的仿生学方面。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---是仿生学研究的主攻方面。 因此仿生学就是人类在认识自然和改善自然的过程中，通过科学的探索和研究，模仿自然界中一些生物的特殊本能的原理，来解决某些人类传统认识无法解决的一些疑难现象的一门高科技边缘科学。 二、仿生学的历史贡献 仿生学在人类历史发展过程中所做出的贡献可谓源远流长。尤其是近几个世纪，仿生学在军事、医学、生物、电子等高端技术领域的应用更是给人类的发展带来了创新革命。 在军事上，模仿野猪嘴发明的防毒面具，模仿海豚皮肤的沟槽结构，应用于船舰外壳上，可减少航行湍流，提高航速。模仿鸟类滑翔原理发明飞机；模仿“莲花效应”将其应用于飞机表层、汽车外壳达到自清洁的目的；模仿苍蝇等昆虫的视觉原理研制智能武器和仿生眼等；在医学上，根据苍蝇在细菌环境中生存的原理研制出的免疫抗菌剂，模拟人体器官设计出各种仿生器官用于医学手术中等等；在生物上，屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲、船桨模仿鱼的鳍、锯子学的是螳螂臂，
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- #1 仿生学资料 仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（Design Bionics）,它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。 仿生设计学与旧有的仿生学成果应用不同，它是以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计，同时结合仿生学的研究成果，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途径。在某种意义上，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展，是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。
自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。 人类最初使用的工具——木棒和石斧，无疑是使用的天然木棒和天然石块；骨针的使用，无疑是鱼刺的模仿……所有这些工具的创造、生活方式的选择都不能说是人类凭空想象出来的，只能说是对自然中存在的物质及某种构成方式的直接模拟，是人类初级创造阶段，也可以说是仿生设计的起源和雏形，它们虽然是比较粗糙的、表面的，但却是我们今天得以发展的基础。 在我国，早就有着模仿生物的事例。相传在公元前三千多年，我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢，以防御猛兽的伤害；四千多年前，我们的祖先“见飞蓬转而知为车”，即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子，做有装成轮子的车。古代庙宇殿之前的山门的建造，就
【单选题】仿生学的定义是（B）年提出的。 A、1955年 B、1960年 C、1965年 2 【多选题】仿生需求包括（ABCDEF）。 A、生存需求 B、军事需求 C、健康需求 D、发展需求 E、精神需求 F、兴趣需求 3 【多选题】材料的结构包含（ABC）。 A、宏观 B、介观 C、微观 4 【多选题】仿生模本包括（ABC）。 A、生物模本 B、生活模本 C、生境模本
【多选题】仿生需求中发展需求包括（ABC）。 A、感知更强的仿生 B、功能更优的仿生 C、运动更好的仿生 6 【判断题】远古时代人与自然的关系是生存、自卫、竞争。√ 7 【判断题】信息时代人与自然的关系是观察——灵感——模仿× 8 【判断题】海豚游速慢的时候皮肤是粗糙的，游速快的时候是光滑的。× 9 【判断题】自然界中植物有150万种。× 10 【判断题】贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是普通文石的10000倍。×从灵感到制造的创新过程——仿生学的研究方法 1 【单选题】蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在B A、外界面层 B、内界面层 C、体表液层 D、体表层
【单选题】荷叶具有自清洁效应是由于表面C A、微米形态 B、表面腊状物质 C、微纳结构与腊状物质共同作用 D、纳米突起 3 【单选题】地面机械触土部件与土壤接触时面临的问题是（B） A、磨损 B、粘附 C、腐蚀 D、氧化 4 【判断题】仿生电渗铲斗是模仿了蜣螂的体表电位特点制造的。×5 【判断题】穿山甲能打洞、上树，还会游泳。√ 6 【判断题】土壤动物粘附脱土功能的实现是由于其体表形态。×适者生存——军事仿生 1 【多选题】狡兔三窟中提到的历史人物有（AD）。 A、孟尝君
从结构仿生到生态仿生看仿生学的发展林 雁 (南京师范大学附属实验学校 江苏 210046) 师法自然是中国古代有名的哲学思想,而今科学技术的发展更证明了这一点。1960年,美国科学家斯蒂尔经过长时间的观察研究,创立了仿生学(Bionics)。从此,生物体的精巧结构,成了工程学有意模仿的对象,工程师们向生物学习,创造出众多高性能的器件。进入21世纪,仿生学又朝着系统仿生的方向发展,为人类社会的可持续发展注入了新的活力。 科学家研究发现,生物器官结构之巧妙,能量的节省和工作性能之优越,是人造机器无法相比的。这表明由选择进化磨合积累的功能,最符合大自然的和谐原则与优化原则。 1 蛛丝及贝壳结构的启示 生物器官结构和性能的优越,同生物材料的组织生产方式密切相关。例如,人类生产的防弹纺织材料,要在高温高压的强酸中生成,条件极其苛刻。而一种金色球形网蜘蛛,却能在常温下以水为介质,抽出比人造防弹材料坚韧得多的蛛丝,而且能被生物降解。美国康奈而大学教授杰林斯领导的科学家小组,用核磁共振仪(N BR)拍了几百幅蜘蛛丝腺的照片,同光学显微镜切片进行对照研究,并把资料输入计算机,模拟出一只三维仿真蜘蛛。在电脑中对仿真蜘蛛解剖研究,发现蛛丝蛋白质多聚体从腺体产生后,必须经过一段十分复杂的管道,分子在其中重新排列组合,形成了特殊的三级结构,才有如此的韧性。 一只贝壳具有高级陶瓷的强度,把它从高处跌下一般不会粉碎,如用很大的外力将它搞破,裂口也不象陶瓷那样平展。把贝壳磨成极薄的片子在电子显微镜下观察,能见到贝壳是由一层叠一层的超薄碳酸钙晶片,与十亿分之一米直径的蛋白质分子粘合而成的。这种结构在受压时,碳酸钙晶片可以在蛋白质分子间滑动变形,能像金属一般有延展性,使贝壳具有最大的强度。科学家又研究了甲虫的甲壳,发现它的表皮是由埋在胶质中的蛋白质纤维组成,而且成对地呈螺旋组合重叠,都不对称,具有极大的抗冲击性。生物在组成材料时,是从原子排列成分子,由分子装配成纤维或晶体一类中间成分,再形成各种组织,每一步都有精确的基因控制程序,做到天衣无缝。而人在生产复杂材料时,只是由分子进行化学键的结合,与生物的组合相比,实在是太简单了。 科技人员模仿生物组织材料的方法,用双螺旋的不对称层叠排布石墨与环氧树指,生产出比传统碳纤维强度更好的机翼材料,生产出的机翼既轻、耐冲击又不容易变形,大大提高了飞机的性能。 2 DNA装配与分子机器 据推测,从30亿年前开始,生物就以DNA和RNA 核苷酸的多变排列,调控20种氨基酸原料合成各种蛋白质。从理论上讲,生物可以合成任意长度的蛋白质。但研究的结果表明,肽链误译率相当高。如果是由500个氨基酸组成的蛋白质。每4个这样的蛋白质分子就有一个是错误蛋白,这对于生命来讲是十分危险的。生物体一方面令错误的蛋白质报废,一方面对合成进行控制,使合成的肽链很短,再由多条链(亚基)组合成蛋白质。刚合成的蛋白质是线性的肽链,必须经过修饰程序的加工,折叠成具有多级结构、稳定功能的复合体。生物分子的自组装就是这样既保证了产品的特异性,又使产品维持一定的几何形状。生物学家还了解到,蛋白质分子是一种刚柔互补的分子,脯氨酸的存在增加了蛋白质的刚性,甘氨酸则使蛋白质具有柔性。蛋白质中还有一种异构酶,能根据其它蛋白质的存在而调整自己的结构,进而增强蛋白质的整体功能。 当今兴起的纳米技术,是一种制备纳米材料和纳米级微型机器技术,特别是纳米级组装能生产出提纯分子的纳米泵、分子大小的计算机等纳米器件是制造业的一次大革命。由于加工的部件是一些原子和分子,即使是用电子显微镜进行操作或用激光镊子技术,部件的捕捉与定位装配也是相当困难的。如果仿照细胞生物化学反应的过程来进行纳米级生产,就要容易得多,这就是分子制造领域里的仿生技术,一种高度自动化的按模板进行自组装的技术。模仿DNA指挥合成生物分子过程的纳米仿生,是一种刚提上研究日程的未来技术,即使与当今最先进的制造技术相比,也有很大的超前性,它代表了高新制造的发展方向。 3 梦圆伊甸园的生态仿生 人类的物质生产,从后工业时代到信息时代,创造了巨大的财富,但是这些物质生产均是以消耗地球资源为代价的。在生产过程中,人类只将很少一部分原材料变成产品,大部分原材料当作废物排到地球环境中。就拿新兴的信息产业来说,目前全世界的硅年产量为80万吨,其中仅有少部分变成超净的电子用硅,这其中又只有0.093%做成了芯片,0.4%变成光电池,大部分以废物的形式丢弃。在生产这些芯片中,消耗的30万吨以上的酸碱洗液,也作为废物排到了环境
小学四年级语文：生物的启示——仿生学的诞生仿生学是向生物学习的科学，是人们有意识地将自然原理加以推广应用的一种思维方法。从生物的结构想到人工产品的结构人们创造了类似茅草的锯子，制成了类似蛋壳的屋顶，建成了类似大树的电视塔。从生物的行为中得到启示学者们研究袋鼠的育儿行为(把幼鼠放进育儿袋中)，美国医学家研制出模仿袋鼠袋的装置，拯救了世界上无数早产儿。从生物的习性中发现其中的价值英国女人类学家古多你在坦桑尼亚的森林中发现猩猩每天要到较远地方去吃几片阿斯辟亚灌木的树叶，经过对叶子的化验、分析，从中提炼出有效成份生产出高效杀菌剂。从生物的形态特征中，启示了人们仿制出鱼雷艇。 近30年来，人们向生物系统索取设计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层出不穷：从雪地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝，生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造了电子蛙眼等。 科学家们又想到，目前飞机虽飞得高，但在陡然起飞，向上飞升方面不如昆虫；核潜艇的航速还比不上海脉，今天，通过仿生学一定会揭开更多的生物界奥秘，在21世纪将会解决一些重要的科学难题。 生物对建筑的启示 北极熊的御寒外套启示科学家进行节能建筑的研究，法国建立了第一批示范性试验性透明热防护系统；英国建筑师根据蜘蛛网原理，为土耳其的伊斯坦布尔足球俱乐部设计出一座带屋顶的看台；津巴布韦建筑师根据白蚁巢(cho)穴调温的原理建立了一座新型的节能大楼；英国建筑师约瑟根据王莲叶片结构，设计建造了一座顶棚(png)跨度极
大的展览厅，整个建筑很有特点，既结构轻巧，又明亮壮观，还经济耐用。 动物的定向与导航，对于研制新的航空和航海导航仪有很大的帮助。如海龟游出几兆米外,3年后仍可游回原产卵地。海龟的导航系统正在成为航天、航空、航海等研究工作的重点。 酶学仿生也是人们研究的重点。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。氢是无污染的能源物质，利用光合作用获得氢能源，将引起动力工业的革命。 机器人有应用生物电流的技术装置假手。假手不仅能做动作，而且能够随环境的变化而自动调整动作。
奇异的仿生学期末考试(含正确答案)
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第一章章单元测试 1 【单选题】(3分) 仿生学的定义是哪年提出的？ A. 1955年 B. 1960年 C. 1965年 2 【单选题】(3分) 海豚游速慢的时候皮肤是粗糙的，游速快的时候是光滑的。 A. 正确 B. 错误 3 【单选题】(3分) 信息时代人与自然的关系是观察——灵感——模仿 A. 错误 B. 正确 4 【单选题】(3分) 自然界中植物有150万种。 A. 正确 B. 错误 5 【多选题】(3分) 材料的结构包含 A. 宏观 B. 介观 C. 微观 6 【单选题】(3分) 科学的目的是求知与求真。 A.正确 B. 错误 7 【单选题】(3分) 贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是普通文石的10000倍。 A. 错误 B. 正确 8 【单选题】(3分) 蜘蛛丝能支撑体重400倍的重物。 A. 错误 B. 正确 9 【多选题】(3分) 仿生需求包括 A. 生存需求 B. 军事需求 C. 健康需求 D. 发展需求 E. 精神需求 F. 兴趣需求 10 【多选题】(3分) 仿生模本包括 A. 生物模本 B. 生活模本 C. 生境模本 第二章章单元测试 1 【单选题】(3分) 地面机械触土部件与土壤接触时面临的问题是 A. 磨损 B. 粘附 C. 腐蚀 D. 氧化 2 【单选题】(3分) 蜣螂推滚粪球的部位是 A. 头部 B. 背部 C. 足 3 【单选题】(3分) 穿山甲能打洞、上树，还会游泳。 A. 正确 B. 错误 4 【单选题】(3分) 蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在
植物仿生学 一、植物仿生学 大自然带给了人类无穷无尽的想象力，启示我们发明创造。人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。源于“叶”的 灵感 ①叶缘启示： 相传春秋战国时期（公元前507年——公元前444年），中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班，在上山砍伐途中，攀爬时 手被锯齿草的边缘的齿划伤了，他仔细观察发现，原来叶子边缘有两排锋利的锯齿，于是受此启发，并经反复实践，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。
② 叶脉的启示： 浮水植物王莲有“水中花王”之称，一个体重35kg 的人坐在上面也不会下沉， 原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米，背面有许多相互交错的叶脉骨架结构， 里面还有气室使得叶子稳定的浮在水面，受叶脉支撑作用的启示，英国著名建筑 师约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”， 它既轻巧、雄伟又经济适用，不仅成就了1851年的第一届世博会，也为近现代功 能主义建筑构建了雏形。 植物仿生学
③叶子排列的启示 车前草，叶子在茎上排列成的螺旋状，夹角为137030’30”。一层顺着一层，错落有致。只有这样叶子才能得到最多的阳光。建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性，建造了螺旋状的高楼，这样既通风，又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术，他将帮助人们征服地下、天空和海洋，建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。 植物仿生学
④ 叶序的启示 德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。这种粗 糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗。模仿莲叶的自净原理，人们开发 出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。 这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。 此外，叶面形状也启迪了人们的思维。椰子树很高，叶片巨大，但每遇飓风和暴雨也很 少被折断。研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力。 据此，建筑师设计出了结构薄、面积大 的楼房顶棚、薄状石棉板等。 植物仿生学
凹 坑 形 仿 生 非 光 滑 轧 辊 耐 磨 性 研 究 吉林工程技术师范学院 毕业设计(论文) 吉 林 工 程 技 术 师 范 学 院 赵 ×× 赵××
凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究 Research of Wear-resistance on Roller with Biomimetical Non- smooth Concave Surface 专业： 姓名：赵 * * 班级： 学号： 指导教师: 职称：
摘要 摩擦磨损存在于所有运转机械设备中，不仅消耗能源和增加材料成本，降低设备运转效率，而且加速设备报废、导致部件更换频繁，常常造成巨大经济损失。为此我们研究了生活在不同环境的动物体表非光滑性，如鲨鱼、蜥蜴、甲虫等。发现这些动物体表的沟槽型、鳞片型、凸包型、和凹坑型形态与其生活习性相适应，它们特异的身体结构使非光滑表面具有良好的减阻、减摩、减粘附和抗磨损的特性，并将这一仿生技术应用到机械工程领域。 本文主要从仿生非光滑表面改形和改性相结合角度，对凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性进行研究。依据工程仿生学原理，确定出轧辊耐磨表面的单元形状和尺寸，利用激光技术将所设计的非光滑形态复制到轧辊模型试样上。选用部分正交多项式回归设计实验方案，考查非光滑凹坑单元体的直径、行间距、温度、运行时间和转速对55钢材料表面耐磨性的影响程度。实验研究并分析了不同尺寸及分布密度的W9Cr4V高速钢非光滑试样高温时的磨损特性及耐磨机理。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对仿生非光滑轧辊的轧制过程进行三维有限元数值模拟；与通钢集团公司及长春市矩型焊管有限责任公司合作进行现场实验研究，非光滑轧辊的寿命比同材质的光滑轧辊寿命提高2倍左右。 关键词：仿生；非光滑表面；凹坑表面；轧辊；耐磨性；数值模拟；ANSYS 软件
昆虫与仿生 彩万志 （中国农业大学昆虫学系） 仿生学(bionics)是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学。自从人类诞生就开始了仿生活动，但仿生学作为一门学科是1960年6月在美国召开的一个学术会议上提出的，它是一个涉及生物学、数学、物理学、化学、神经学、自动化、控制论等多学科的综合性边缘学科。其实质就是模仿生物制造各类设备。因此，首次仿生学会议的副标题就是“生物原型---新技术的钥匙”。 全球昆虫种类1000万种、占全球生物种类的1/2、占全球动物种类的2/3。在漫长的生物进化史中，鼎盛一时的三叶虫灭绝了，庞大的恐龙消失了……而小小的昆虫却一直繁荣至今。除了昆虫具有惊人的繁殖能力、适应能力外，它们在形态、生理、行为等方面具有很多绝妙之处。有很多地方连人类也自叹不如，如螳螂能够在0.05秒内一跃而起，捕捉到空中飞行的猎物，这一速度连目前的微电子和自动化技术都达不到。所有这些独到之点，都是仿生学的丰富资源。 昆虫的形态千姿百态，千差万别，从头到尾，从里到外，与仿生学相关之处甚多，大体有以下五个方面。 (1) 昆虫的头部与仿生昆虫的触角与各式各样的天线、昆虫的复眼与蝇眼相机、虫眼导弹、地对空速度仪、空对地速度计、偏振光导航仪等。 (2)昆虫的胸部与仿生翅的花纹与军事伪装、鳞片与计算机散然装置、鳞片结构与卫星控温、鳞片结构与防伪纸币、翅痣与飞机的减震装置、平衡棒与振动陀螺仪等。 (3) 昆虫的腹部与仿生蝗虫的产卵器和钻井装置、腹节的构造与套筒装置、腺体系统与火箭设计等。 (4)昆虫的生理与仿生几丁质与仿生材料、弹性素与弹跳鞋、肌肉发动机和燃料电池、昆虫的泌丝与人造纤维等。 (5)昆虫的行为与仿生昆虫的飞行与虫形飞机、昆虫的巢穴与建筑、蜜蜂巢房的结构与仿生、昆虫的发音与仿生、昆虫的发光与仿生、昆虫的化学通讯与仿生、毛虫的行走与战地越野车、尺蠖的行走与新型坦克、蜜蜂的访花与电子蜜蜂等。 此处，仅以翅的结构、飞行动力学为例简单介绍一下虫型飞机方面的仿生学进展。 一、虫型飞机的概念 昆虫是动物界中最早获得飞行能力的类群，也是无脊椎动物中惟一具翅的类群，其高超的飞行技巧时常使自认为万物之灵的人们愧叹弗如。吴承恩笔下的齐天大圣孙悟空会七十二般变化，一个筋斗能翻十万八千里，腾云驾雾、上天入地，好不自在！但在吴大师的心目中，孙悟空显然不如蝴蝶那么潇洒，在描述孙悟空所变的蝴蝶时，他这样写道：“一双粉翅，两道银须。乘风飞去急，映日舞来徐。渡水过墙能疾俏，偷香弄絮甚欢娱。体轻偏爱鲜花味，雅态芳情任卷舒。”从这些描写中，我们不难看到到他对蝴蝶翩翩起舞的羡慕之情。的确，每当春暖花开、万象生烟之际，美丽的蝴蝶双双对对在花间款款飞舞，不免使人顿发希望自己也能像蝴蝶那样自由飞翔的感慨。 人类渴望了上百万年的飞天梦，直到1903 年，美国的莱特兄弟成功地进行了动力载人飞行的那一刻才真正成为现实。在此后的100多年中，航空器的大型化、高速化、智能化一直是航空研究领域的主流。但是，20世纪90年代以来，随着微电子、微电子机械系统、微型照相机、微型红外传感器、微型检测器和计算机芯片等技术的飞速发展，飞行器的设计又始出现向小型化、微型化发展的趋势。
基于仿生学的扑翼机设计与仿真 苏扬、邵冠豪、史佳针、李根、李凯兴 （中国民航大学航空工程学院，天津，300300） 摘要:仿生扑翼飞行器是一种模仿昆虫或鸟类扑翼飞行的新型飞行器。由于具有重量轻、体积小、隐身性、可操作性好和成本低等特点,在国防和民用领域均有十分广泛的应用前景。本文主要介绍了基于仿生学研制的某小型扑翼无人飞行器，并对其设计思想和制作工艺进行详细阐述与说明。 关键词: 仿生学扑翼机无人侦察制作工艺 0 前言 论文详细介绍了一款基于仿生学研制的小型扑翼无人飞行器。该扑翼飞行器可以作为无人侦察机使用，整机重20g，采用四翅扑翼机构，翼展为280mm，整机全长仅190mm。该机采用轻木为材料来制作机身，KT板来制作尾翼。不但价格低廉，加工方便，而且还能很大程度上保持较轻的重量和足够的强度。扑翼传动机构采用3D打印技术进行制作，材料为PLA塑料。整机外形尺寸是以家燕为仿生对象来进行设计的，整机的外形尺寸参数如表1所示。 表 1 扑翼无人飞行器试验机结构参数（单位mm） 名称机身长度机身宽度机身最高处翼展机翼弦长机翼厚度垂尾高度 参数190 40 35 280 85 0.015 55 1 扑翼飞行器的设计与建模 扑翼机构采用四翅机构是由于四翅机构可以利用Wei-Fogh效应而产生较高的升力[2]，这会对之后添加工作负载产生很大的帮助。机身结构外形尺寸参数是根据尺度效应[3]来确定的，在最大限度地减重和模仿家燕的同时，还留有一定的可调裕度以适应不同重量的负载。尾翼结构采用应用较为成熟的常规式尾翼。控制方面采用电磁舵机+微型接收机来作为控制舵面的方式。整机三维建模如图1所示。
仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技。 仿生学的例子： 1、人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。 2、人们根据蛋壳发现拱形的承受力量，发明了薄壳建筑。 3、人们模仿蜻蜓发明了直升机。 4、人们根据章鱼发明烟雾弹。 5、变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。 6、防水衣服是仿荷叶造的。 7、人们模仿袋鼠跳跃，发明越野车。 8、人们模仿某些贝壳制成外壳坚硬的坦克。 9、从鱼类在水中自由升降得到启示，发明了潜水艇。 10、模仿袋鼠的育儿袋，发明了育儿箱。 11、人们从萤火虫那儿得到启发，发明了人工冷光。 12、人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究——步行机。 13、根据蝴蝶发明了迷彩服。 14、苍蝇---小型气体分析仪。 15、人们模仿蒲公英，发明了降落伞。16、鲨鱼-----泳衣 17、蝙蝠超声定位器的原理--探路仪”。18、蓝藻--光解水的装置 19、动物的爪子---现代起重机的挂钩 20、鸟----飞机 21、动物的鳞甲------屋顶瓦楞 22、鱼的鳍------桨 23、螳螂臂，或锯齿草----锯子 24、苍耳属植物----尼龙搭扣。 25、龙虾-----气味探测仪。 26、壁虎脚趾------粘性录音带 27、人们模仿蝙蝠发明了雷达。 28、水母--水母耳风暴预测仪 仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技。 仿生学的例子： 1、人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。 2、人们根据蛋壳发现拱形的承受力量，发明了薄壳建筑。 3、人们模仿蜻蜓发明了直升机。 4、人们根据章鱼发明烟雾弹。 5、变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。 6、防水衣服是仿荷叶造的。 7、人们模仿袋鼠跳跃，发明越野车。 8、人们模仿某些贝壳制成外壳坚硬的坦克。 9、从鱼类在水中自由升降得到启示，发明了潜水艇。 10、模仿袋鼠的育儿袋，发明了育儿箱。 11、人们从萤火虫那儿得到启发，发明了人工冷光。 12、人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究——步行机。 13、根据蝴蝶发明了迷彩服。 14、苍蝇---小型气体分析仪。 15、人们模仿蒲公英，发明了降落伞。16、鲨鱼-----泳衣 17、蝙蝠超声定位器的原理--探路仪”。18、蓝藻--光解水的装置 19、动物的爪子---现代起重机的挂钩 20、鸟----飞机 21、动物的鳞甲------屋顶瓦楞 22、鱼的鳍------桨 23、螳螂臂，或锯齿草----锯子 24、苍耳属植物----尼龙搭扣。 25、龙虾-----气味探测仪。 26、壁虎脚趾------粘性录音带 27、人们模仿蝙蝠发明了雷达。 28、水母--水母耳风暴预测仪