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1、开启新技术的钥匙,仿生学,第六章,仿生学简介 信息仿生 控制仿生 拟态仿生 力学仿生 化学仿生 整体仿生,主 要 内 容,中国古汉文中的仿生思想,一、仿生学简介,1、仿生学之起源,凤蓬草 轮子 鱼尾 船橹 人眼晶状体 透镜 生物电 电池 鸟 飞机,生 活 中 的 仿 生 学,2、仿生学的概念 仿生学(Bionics) 模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。,3、仿生学研究的相关领域 仿生学是一门建立在多学科边缘上的综合性学科，包括生理学、神经学、医学、化学、数学、电子学、信息学等学科。,生物体,生物模型,数学模型,技术模型,技术装置,4、仿生学的
2、研究方法,数学,生物,电烙铁,5、仿生学符号,.青蛙与电子蛙眼 .水母与电子耳,二、信息仿生,1、青蛙与电子蛙眼,4种神经节细胞 边缘侦查器 昆虫侦察器 事件侦察器 光强减弱感受器,青蛙的视觉系统,由透镜(晶状体)在视网膜上形成光学图像后，经过视细胞、双极细胞、输出细胞(神经节细胞)而送往大脑中枢。,“水母耳”风暴预测仪,2、水母耳与电子耳,.蛇的红外探测 .蝙蝠与超声波 .蛾的反雷达技术 .动物的天然导航,三、控制仿生,颊窝,颊窝是一个红外感受器，对周围温度变化极为敏感，能感受 0.001的温度变化。这类蛇能在夜间准确判断周围恒温动物的位置。,1、蛇的红外探测,蛇,田鼠,热血动物身体向外散热
3、,蛇通过感 受器探测 到热源,红 外 探 测 器,蝙蝠的捕食,2、蝙蝠与超声波,飞行中的蝙蝠,超声波,声音反射波,蛾,蝙 蝠 的 回 声 定 位,超声信号被反射,脑,蝙蝠的声纳处理,参考波刺激,接受器,载有信息 的超声波,发出的 超声波,3、夜蛾的反雷达技术,反雷达技术使夜蛾死里逃生,夜蛾的反雷达技术,听觉系统,千里迁徙,万里洄游,4、动物的天然导航,动物的天然导航,一些动物利用日月星辰导航，也有些动物利用海流、海水成分、地磁场、重力场等进行导航，为研制通讯设备和新型导航仪器提供启迪。,生物界中普遍存在着拟态，将拟态用于工程技术中去就叫拟态仿生。,四、拟态仿生,动 物 的 拟 态 与 保 护
4、色,章 鱼 的 伪 装 术,坦 克 的 迷 彩 着 装,三色迷彩的德国“豹”I坦克在电视成像下的效果,坦 克 的 迷 彩 着 装,.生物与造船 .生物与飞机 .生物与建筑,五、力学仿生,1、生物与造船,“复仇号”帆船, 体形的模仿,鱼 雷,俄罗斯海军新型核潜艇,模仿鱼胸鳍制作的船鳍, 结构的模仿,模仿鱼、鲸的体表粘液合成 了几种人工粘液，减小湍流,潜水艇在航行时会造成巨大的湍流,海豚游动时身边的水流很小,人造海豚皮构造图,海豚皮肤构造模式图,鹰击长空,啸傲云天,2.生物与飞机,达芬奇设计的扑翼飞机, 飞鸟与飞机,飞鸟的体形和翅膀在滑进飞行时与飞机的飞行极为相似,各种现代先进的飞机能够模仿昆虫在
5、空中花样演习。, 昆虫与飞机,昆 虫 与 飞 机,昆虫翅膀的运动,昆虫飞行时翅膀的运动很复杂，其角度的变化控制比目前的飞行自动驾驶仪还好。,飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤,3、生物与建筑,埃菲尔铁塔,埃菲尔铁塔,澳大利亚悉尼歌剧院, 薄壳结构,东京中银舱体楼, 舱体结构, 圆顶屋,美国佛罗里达的 未来世界博物馆,.人工合成物质 .人工嗅觉 .仿生物膜,六、化学仿生,.人工合成物质,天然物质：吗啡、奎宁、利血平 人工合成物质：普罗美多,狗的嗅觉 狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控制，将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白，当气味辨别蛋白将不同的气味辨别后，被辨别出的特定的气味信号，
6、立即被嗅觉细胞传递给大脑，大脑便知道了所闻到的是一种什么气味。,、人工嗅觉,人工嗅觉,嗅敏检测仪,采集 系统,嗅敏 元件,放大 系统,电源,嗅敏电阻 是一类以SnO2为主体的金属半导体，它是一种表面效应很强的材料, 细胞膜的结构特点,、仿生物膜, 人工膜,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功能(如传递等)。,机器人检修宇宙飞船,七、整体仿生,智能机器人,1、机器人,机器人从月球土壤中提取气体,自然语言语音图形图像信息,内核软件（智能操作系统、 编译系统等）,2、智能计算机组成,人机接口,软件,硬件,3、生物计算机,特点 ： 能制成超高密度的线路； 能使生物本身固有的自我修复机能得到发挥 ，即使芯片中出了故障本身也能修复 ，从而使它成为一种具有永久性的不出故障元件； 只要用少量的能量就能工作 ，不存在发热问题。,结 束,