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国内外仿生技术的研究进展与发展趋势 摘要：生物经过进化已经很好的适应特定的环境，人类通过向它们学习可以解决特定的问题。本文阐述了近些年来仿生学在多个领域的研究进展：通过观察分析某些动物的特定部位的结构，设计出了更加耐用，阻力更小的刀具，无痛注射的针头，水下游动机器人等；通过分析生物体的某些方面的特定功能，设计出了更加有效的中药提取技术，可以帮助盲人通过假眼辨别实物和帮助残疾人获得触觉感知的设备等；通过观察某些生物表皮材料的某些功能，设计出了超疏水太阳能电池表面。对比近些年对仿生技术的研究进展总结了未来仿生技术的发展趋势：专业化，广泛化，智能化，科学化。 关键词： 仿生技术,仿生现状,应用领域,发展趋势 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： 0 引 言 地球上的生物从无到有，从简单到复杂，经过上亿年的演变进化早已适应了地球上各种各样的环境。人类要改造特定自然环境，就必须要向早已适应相应自然环境的生物学习。仿生学是模仿生物的科学，把生物学和其他学科像机械，建筑，医疗等结合起来的一门综合性的边缘科学[1]。目前国内外研究仿生的方向大致分为：结构仿生，功能仿生，材料仿生，控制仿生等[2]。 自上世纪60年代初仿生学诞生以来仿生学在军事，工业，农业等领域得到广泛的应用[3]。但是到了上世纪后期却出现了停滞现象，主观原因是由于各种现代技术的出现，人类开始对自身的能力出现一种满足感，逐渐忘记了那些比我们更能适应地球环境的生命。客观原因是当时的技术能力还是有很大的局限性，人们虽然能观察到生物体的神奇功能却缺少必要的手段去观察和破译生物适应环境的奥秘[4]。到了21世纪人们开始使用高速相机技术，核磁共振技术，传感器技术，等技术去观测分析生物体运作方式，仿生技术再次引起了人们的重视。 1992年机械工业部批准在吉林大学建立地面机械仿生技术部门开放研究实验室，该实验室在2000年经教育部批准成为国内唯一一个从事仿生研的国家重点实验室[5]。我国在2003年10月举办的香山究科学会议，其中就包 含“飞行和游动的生物力学与仿生技术”收稿日期：xxx 修订日期：xxx 收稿日期：xxx 修订日期：xxx 基金项目：国家自然科学基金 作者简介： ※通信作者： 这样一个议题[6]。 仿生技术应用于建筑行业给了设计师创作的灵感。经过亿万年的自然选择所模仿对象的承受载荷的能力非常强，在这些生物的启发下建筑师们可以设计出美观耐用的建筑[7]。通过研究不同生物的生物特性分析其原理将其应用于应用于机械设计领域从而提高工程技术设备的整体性能[8]。鸟类与昆虫极其灵活的飞行本领是对非定常涡流的充分利用，小型飞行生物的雷诺数低也就是升力系数很低，它获得升力不服从环流理论其升力来源于非定常涡流，在这方面人造飞行器还有很多要向它们学习[9]。传统的纺织行业技术已经非常成熟将仿生学应用于纺织行业为其提供了发展的新思路[10]。 1 国内外仿生技术的研究进展 1.1国内仿生技术的研究进展 我国的仿生学研究工作始于1964年前后。1975年12月前后中国科学院在北京主持召开了我国第1次仿生学座谈会。1977年的“全国自然科学学科规划会议”正式、全面地制定了我国的仿生学研究规划。自此，仿生学已普遍引起了国内许多学科和部门的关注，并陆续开展了研究工作[11]。 1.1.1仿生技术在刀具方面的应用 2008年吉林大学地面仿生技术教育部重点实验室的王京春，陈丽莉等人进行了仿生注射器针头减阻试验研究。观察发现蚊子叮咬生物体时生物体很难感觉到疼痛，其重要原因是其上颚表面具有锯齿状非光滑形态。通过激光刻花机加工出凹形仿生针头和自行设计制造的简易车床加工出波纹型和锯齿形仿生针头，然后进行正交实验发现具有波纹形仿生结构形态的注射针头减阻力最佳，当深度为0.05mm，间距为0.75mm，宽度为0.1mm时减阻率为44.5%[12]。 2011年宁波大学机械工程与力学学院的董亮提出了运用仿生学结合激光强化的方法进行高速钢车刀强化的新方法。通过摩擦磨损实验发现仿生非光滑表面的磨损性能优于光滑表面。非光滑表面通过激光融凝处理，改变磨粒运动方式，形成油膜与减少接触表面积等方式减少磨损。通过仿生非光滑表面刀具的正交模拟试验发现非光滑表面形态各因素对磨损影响的大小排列依次是行间距，凹坑直径，列间距[13]。 2010年吉林大学生物与农业工程学院的汲文峰以鼹鼠爪趾为仿生原型，综合运用农机具设计方法及仿