中级课程03 海龟机器人
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什么是“仿生学”,它如何利用自然界的设计原理改进技术?随着现代科学技术的不断发展,人们越来越关注从自然界中寻找灵感来改进技术。
仿生学就是一种借鉴自然界中生物体的设计原理,将其用于工业、医学等领域的学科。
那么,什么是“仿生学”,它如何利用自然界的设计原理改进技术?下面我们来一探究竟。
一、什么是“仿生学”“仿生学”这个词汇来源于希腊语,意为“类似生命体的学问”。
作为一门新兴的跨学科研究领域,它结合了生物学、科学、工程学、计算机学等多个领域的知识,旨在学习生物体的结构和生命活动的方式,并在工程领域中应用这些原理。
在仿生学的研究中,科学家们会通过模仿自然界生物的骨架、肌肉、纤维、纹路等结构,探究它们发挥功能的原理,并将这些原理应用于机器人、医学、交通运输等领域。
二、仿生学应用案例1.仿生机器人仿生机器人是仿生学研究中的一个重要分支,它致力于在机器人设计中应用仿生学原理,模仿自然界中的生物运动、感觉和认知系统,使机器人的操作更加精细和适应环境。
比如,海龟机器人就是一种典型的仿生机器人,它的设计灵感来源于海龟的骨骼结构和游泳方式。
这种机器人可以在水下进行探索,具有较高的灵活性和稳定性。
2.仿生材料仿生材料是将仿生学原理应用到材料科学领域的一种技术,旨在研究和开发具有自愈性、可生长性、智能功能等特点的新型材料,以应对复杂的环境变化。
比如,仿生胶水就是一种仿生材料,其灵感来源于蚂蚁粘合物,可以在水下黏合物体,并具有较高的可靠性和耐久性。
3.仿生交通运输仿生交通运输就是将自然界中的有机体运动方式应用到交通工具设计中,以减少能量消耗和环境污染。
比如,高速列车的头部设计就是仿生交通技术的典型之一,其外形呈锥形,仿照了雄鹰的翅膀和鼻部特征,可以减少风阻和能耗。
三、总结仿生学在现代科技领域中占据着越来越重要的地位,它不仅能促进技术的升级和发展,更可以促进人与自然的和谐相处。
尽管仿生学的研究还有许多待探究的领域,但相信在未来,仿生学将会在各行各业中发挥越来越重要的作用。
影响世界的编程小海龟作者:刘欣陈染来源:《中国科技教育》2019年第06期如果我们把各种编程语言的标志放一起,可以凑出一个动物园,如Python的大蟒蛇、PHP 的大象、Go语言的地鼠,而对于中小学教师而言,最熟悉的“动物”应该是Scratch的小黄猫和LOGO语言的小海龟。
你可能不知道的是,LOGO小海龟几乎定义了现今编程教育方法的基本框架,甚至对儿童教育和计算机发展都产生了巨大影响。
在本文中,我们将一同回顾“小海龟”的成长历程,以及它如何影响了世界。
“小海龟”诞生我们今天提到的“小海龟”,是指美国麻省理工学院教授西摩尔·派普特的LOGO语言和其中的绘图小海龟。
派普特在威特沃特斯兰德大学和剑桥大学获得了2个数学博士学位。
在攻读第2个数学博士期间,派普特结识了影响他一生的人物让·皮亚杰。
皮亚杰被公认为是仅次于弗洛伊德的心理学“巨人”,他创建的认知发展理论颠覆了人们原本对儿童发展的理解。
在此之前,儿童的玩耍一直被认为是无关紧要的行为,皮亚杰则认为玩耍对儿童的知识建构起到了重要的作用。
在皮亚杰的影响下,派普特来到日内瓦大学,花了4年时间,与皮亚杰共同开展数学与儿童教育的砑究工作。
派普特认为:“当代文化中常见的数学恐惧症让很多人看不到数学知识的真面。
一方面,他们对自己所认为的‘数学’敬而远之;另一方面,尽管他们在數学知识上没有什么困难,但却不认为那就是数学。
”[1]吸收了皮亚杰的认知发展理论,派普特希望找到一种学习方法,既能与数学知识相关联,又能让儿童以他们的认知方式理解。
海龟型机器人是派普特最先找到的一个人手点。
1963年,派普特加入麻省理工学院,与著名人工智能科学家马文·明斯基共同研究人工智能。
同时,派普特也在研究如何借助计算机辅助儿童学习。
在派普特的带领下,LOGO语言和绘图小海龟机器人先后诞生。
在20世纪40年代,神经生理学家沃尔特设计了一批机器人,以《爱丽丝漫游仙境》中的海龟老师命名,通过让这些机器人模拟动物行为进行大脑运行模式的研究。