第一章_仿生学的发展_第1-4节_
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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公里每小时冲刺:13米每秒人工海豚皮战略导弹核潜艇:破冰上浮,发射导弹(美and俄) (参考鲸鱼)(鲸背效应) 新型核潜艇设计得生物原型:金枪鱼领导人物:安德森(1998年开始研发)长达一年观察,筛选了上千种鱼类后,锁定金枪鱼,2004年研发第一款,但失败,200?年该进,成功战胜三艘核潜艇,2006年报道无法收放自如20063、1、4仿生武器装备4赫赫有名得仿生导弹1945年第一枚,美国响尾蛇导弹:北美洲丛林得毒蛇,视力几乎为零,有红外追踪,定位与攻击0、001度,制导控制部(红外探测器)战斗部、动力部、尾翼飞鱼导弹:1970年研制,1978年投产,发射区:15米,战斗区2—5米,目标区:0、5米;海上杀手3、1、5仿生武器装备5夜视仪与动物得特异功能猫头鹰:夜行猎手,黑夜得可视度比人类高出一百多倍,因为瞳孔可放大大道2厘米还有眼睛不反射光线, 微光夜视仪:口径要尽可能大,吸收自然光线, 红外夜视仪:启发于响尾蛇, 发展趋势:微/小型夜视仪结语;源于生物,高于生物3、2军事仿生战略仿生战略;蜘蛛:阵地战,以守为攻积极防御,阵地内歼敌顽强得毅力,蜘蛛织网得精神鼓舞了美国独立战争华盛顿蜘蛛对气候敏感, 狡兔战略狡兔三窟,冯媛与孟尝君(战国四公子之一) 义字,提名声,建宗庙蚕食战略:战国七雄争霸,合纵战略抗秦,秦闭关十五年,后蚕食六国,兼并诸侯,最远得楚国与燕国,最远最强大得齐国,春秋战国七雄争霸中蚕食战略得核心就是远交近攻挖洞战略:抗日战争地道战,虾蟆墩,冀中平原与华北平原犄角战略:解放战争,“互为犄角,逐鹿中原,机动歼敌”挺进大别山,抢渡黄河,形成品字形, 刺猬防御战略,日本军事学家提出,利用海军空军,进行防御3、3仿生进攻战术仿生进攻战术虎扑战术:老虎夜行性动物,擅长游泳,凶猛, 战术应用: 猛虎掏心, 战例:1976年11月2日,滑县战役,刘伯承狼群战术:狼就是十分凶暴残忍狡猾得动物,群体生活第二次世界大战,纳粹德国发明,潜艇一线排开,7个月击中商船很多鼹鼠战术:鼹鼠善于挖洞, 战例;1916年,英德战争孙子兵法中根据鸷鸟得战术特点,提出势险与节短得战术思想。
仿生学(Bionics)是模仿生物的特殊本领的一门科学。
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。
这个符号的含义不仅显示出仿生学的组成,而且也概括表达了仿生学的研究途径。
仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理,并把它模式化,然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。
仿生学的主要研究方法就是提出模型,进行模拟。
其研究程序大致有以下三个阶段:首先是对生物原型的研究。
根据生产实际提出的具体课题,将研究所得的生物资料予以简化,吸收对技术要求有益的内容,取消与生产技术要求无关的因素,得到一个生物模型;第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析,并使其内在的联系抽象化,用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型;最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。
当然在生物的模拟过程中,不仅仅是简单的仿生,更重要的是在仿生中有创新。
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。
仿生学与中国近代潜艇工业的发展仿生学是一门涵盖生物电子学、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。
主要是指模仿生物建造技术装置的科学,它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios(生命方式的意思)”和字尾“nlc(…具有……的性质‟的意思)”构成的。
仿生学(bionices)一词是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。
同时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。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。
从仿生学的诞生、发展,到现在短短几十年的时间内,它的研究成果已经非常可观。
仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路,也就是向生物界索取蓝图的道路,它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。
潜艇,这个海战中的新劲敌,初出茅庐就大显神威,并且逐步在海军兵力中占据了重要位置。
两次世界大战中,交战双方都积极研制和大量使用潜水艇,进行海上封锁、水下袭击、布设水雷和隐蔽侦察等,取得了丰硕战果。
仅第二次世界大战中,德国潜艇就先后击沉英美运输舰船约5000艘,计2300万吨,大型水面舰艇129艘。
美国潜艇人员虽然只占它所有参战人员的1.6%,但它的潜艇击沉敌方的舰船却占美国击沉敌方舰船总数的55%。
潜艇的发展为就能带军事事业做出来相当大的贡献。
在第一次世界大战时期,出于军事上的需要,为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。
仿生智能材料第一章绪论1、基本概念仿生学概念:人类进化只有500万年的历史,而生命进化已经历了约35亿年。
人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。
对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究,我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。
生物材料:通常有两个定义,一是有生命过程形成的材料,如结构蛋白(蚕丝等)和生物矿物(骨、牙、贝壳等),另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展,指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。
仿生材料(Bio-inspired):受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。
材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。
智能材料:具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。
2、智能材料的特征具体地说,智能材料具备下列智能特性:(1)具有感知功能,可探测并识别外界(或内部)的刺激强度,如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等;2)具有信息传输功能,以设定的优化方式选择和控制响应;(3)具有对环境变化作出响应及执行的功能;(4)反应灵敏、恰当;(5)外部刺激条件消除后能迅速回复智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。
3、智能材料的构成智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
它不是传统的单一均质材料,而是一种复杂的智能材料系统。
基体材料首选高分子材料,因为质量轻,耐腐蚀;其次也可选金属材料,以轻质有色合金为主。
敏感材料担负传感的任务,其主要作用是感知环境的变化(温度、湿度、压力、pH值等)。
常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。
在一定条件下,驱动材料可产生较大的应变和应力,所以它担负响应和控制的任务。
仿生学在科技中的发展科技的进步始终伴随着人类历史的发展。
然而,科技的发展不仅仅限于机械和电器,近年来,人们开始开发仿生学技术,通过研究生物体的特点,打造出更加智能化的机器和工具。
本文将就仿生学在科技中的发展进行探讨。
一、何为仿生学?仿生是一种“模仿生物发展、构造和功能的工程学科”(Wikipedia),是一种学习自然、从自然中汲取灵感的过程。
其核心思想在于生物构造是自然选择的结果,是优胜劣汰和适应环境的结果。
因此,仿生学就是根据生物学的法则,模拟生物的构造、特性和功能,提炼出模拟器件的主要优点,大力发掘人工智能技术的潜能,并将其应用到机器和工具的设计制造中。
二、仿生学在科技中的发展仿生学的应用在科技中有着广泛而深刻的发展。
在机器人技术方面,仿生学技术能够更好地模拟人类自由的动作,并在人类难以完成的任务中取得了重大的突破。
在仿生材料的开发方面,科学家们合理模拟毛细管的特性,推导出了一种新型的神经元等离子体透视材料,并成功地将其应用到太赫兹波谱仪和太阳能电池的实际应用。
更深层次地,仿生学技术也促进了人类与自然的交互。
在极端的环境下,如太空站和深海能源开采中,仿生学技术可以帮助人们更好地适应环境,更有效地执行任务。
另外,仿生学技术在医学中也得到了广泛应用。
例如,仿生血管技术可以使用细胞生物制成人工血管,为心脏移植提供更加可靠的支持。
三、仿生学面临的挑战迄今为止,仿生学技术的应用效果已经得到充分的验证。
然而,也有一些技术挑战远未被解决,例如仿生学中所涉及的多样性和不确定性。
生物学的特点使得其具有复杂性和非线性性。
对于这种复杂性,如果只是简单地进行模拟,那仿生学的进一步发展就会受到无法预料的阻碍。
此外,仿生学在科技中的应用也面临一个前所未有的挑战:实现对于自然生物的全新监测和控制。
实际上,仿生学所追求的就是一种人工控制器,该控制器是可以实时监测到自然环境中的变化,并根据不同的条件改变之前设定的行为。
这些行为可以是一个简单的物理属性,也可以是一个三维构造或者仿生表现等。