仿生学的发展(第一讲).pdfVIP

奇异的仿生学 刘燕 教授 吉林大学生物与农业工程学院 吉林大学工程仿生教育部重点实验室 奇异的仿生学 前言 课 程 内 容 第一 从模仿到创造——仿生学的发展 第二 从灵感到制造的创新过程——仿生学研究方法 第三 适者生存——军事仿生 第四 自然到人工——天然生物及其仿生材料 第五 从鸟巢到 “鸟巢”——仿生建筑初探 第六 运动与美——仿生学与文体 第七 舞动的精灵——昆虫仿生 第八 科幻离现实有多远？—— 奇妙的人造器官/组织 第九 生物社会组织的启示——管理仿生 第十 精妙的微观世界——分子仿生 第一 从模仿到创造 ——仿生学的发展 第一节 仿生学的起源  远古时代 人类处于农牧（渔）时代，人类 的祖先模仿蜘蛛网编网捕鱼；受果实 和瓢虫滚动的启发发明轮子…… 生存——自卫——竞争 仿生学的发展 工业时代 人们模仿植物和动物结构，创造 新的建筑结构； 模仿鸟的飞翔发明飞机； 模仿人与动物发明机器人； 模仿海豚发明潜艇…… 观察——灵感——模仿 仿生学的发展 信息时代 模仿人的运算发明计算机； 模仿生物的信息传感…… 分析——启示——设计 仿生学的发展 知识时代 人们模仿生命的微观结构与功能; 模仿生命的遗传与发育; 模仿人脑的认知; 模仿生命的协同进化; …………… 模仿——制造——创新 第二节 仿生学的诞生 自然科学的迅速发展，模仿生物创造出来的新仪器、新设 备也日益增多。例如：雷达、响尾蛇导弹、电子计算机等。 　　 生物学、物理学、生物化学、控制论工程等学科相互关 联、相互渗透，使仿生学上升到新的层次。 　　 仿生学的定义 仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔取自拉丁 文 “bios” （生命方式）和词尾“nic” （具有……性质 的）合成的，他认为：仿生学是研究模仿生物系统方式， 或是以具有生物系统特征的方式，或是以类似于生物系统 方式的系统科学。 一般认为，1960年全美召开的第一届仿生学讨论会 是仿生学诞生的标志。 仿生学标志 仿生学的定义 仿生学可以定义为：研究生物系统的结构、性状、原理、 行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作 原理和系统构成的技术科学。 仿生学需要生命科学、物质科学、信息科学、脑与认知科 学、工程技术、数学与力学以及系统科学的交叉。 仿生学的应用可涉及所有技术领域和大多数应用领域。 仿生学的含义 仿生学广义的理解是：仿生学这门学科研究生物系统各种各样 的特征（包括物质、能量、信息等），作为模拟对象逐步改善现代 技术设备并创造新的工艺技术。 　　 仿生学狭义的理解是：仿生学是研究生物接收、传递、加工信 息的方法及其机制。作为模拟对象，设计各种各样自控机的科学。 广义理解—模拟生物（自然）创造人工制品 （1）生 物：  动物（150多万种）、植物（40多万种）、微 生物 （10万种）  个体、组、群  整体、部分；组织、器官、系统 有利 （2）模 拟： 有益 于人类需求的，对人类社会有好处的 有用  范围：静、动  层次：点、线、面、体、组、群  形 体（形状、构形） 