1、課程編號：B0200017C課程名稱：仿生學原理與仿生機械英文譯名： Biomimetics theory and bionic-mechanism適用學科：機械工程先修課程：開課院（系）：機電工程學院機械設(shè)計系任課教師：吳偉國（教授）王 瑜（副教授）內(nèi)容簡介：現(xiàn)代仿生學研究不單單從生物個體的機能、機理中汲取營養(yǎng)，已經(jīng)逐步深入到生物 群體行為、生命現(xiàn)象等更高層次。因此，本課程結(jié)合現(xiàn)代仿生學中的新進展，著眼于“生 物圈”群體性及“生命現(xiàn)象”層次的關(guān)鍵問題，論述仿生學中生物基本原理，講授魚類 水中推進、腿式生物行走、鳥類、昆蟲飛翔等運動的力學原理；介紹從生物中學到的仿 生設(shè)計技術(shù)以及生命現(xiàn)象信息論

2、基礎(chǔ)；通過典型的實例講授仿生機械及系統(tǒng)。主要教材：目前國內(nèi)尚無本課程教材，本課程將根據(jù)國外有關(guān)書目、參考文獻和我們的科研成 果自編寫講義。鄭秀媛等著.現(xiàn)代運動生物力學.國防工業(yè)出版社.2002.日本機械學會編.力力7-生物力、乏學彳亍夕/口一.口戶社.2003.日本機械學會 編.生物型tAO7制御.養(yǎng)賢堂發(fā)行.2002.參考文獻：原文雄.小林宏著.顏知能一顏口粉卜記人工感情創(chuàng)發(fā).共立出版社.2004.中野馨著.生命O生命現(xiàn)象。情報論的研究.彳工人社.2001.5.周樂昌編著.心腦計算舉要.清華大學出版社.2003.課程編號：B0200017C課程名稱：仿生學原理與仿生機械開課院系：機電工程學院

3、機械設(shè)計系任課教師：吳偉國教授、博導 王瑜副教授先修課程：適用學科范圍：機械工程學時：36學分：2開課學期：春季學期開課形式：授課課程目的和基本要求：仿生學是一門模仿生物的特殊本領(lǐng)，利用生物的結(jié)構(gòu)和功能原理來研制機械或各種 新技術(shù)的科學?，F(xiàn)代仿生學研究不單單從生物個體的機能、機理中汲取營養(yǎng)，已經(jīng)逐步 深入到生物群體行為、生命現(xiàn)象等更高層次，并且在理論上取得了新進展。因此，本課 程著眼于“生物圈”群體性及“生命現(xiàn)象”層次的關(guān)鍵問題，講授仿生學中生物基本原 理，魚類水中推進、腿式生物行走、鳥類、昆蟲飛翔等運動的力學原理；介紹仿生設(shè)計 技術(shù)以及生命現(xiàn)象信息論方面的新知識。旨在使博士生能夠系統(tǒng)地掌握現(xiàn)

4、代仿生學的基 本原理和方法，以適應(yīng)仿生機械研究不斷發(fā)展的需要。本課程采用多媒體教學。課程主要內(nèi)容：第一章、緒論1.仿生學與仿生技術(shù)的發(fā)展、意義：1）外在形態(tài)與內(nèi)在機理的仿生；2）物理實體與意 識形態(tài)的仿生；3）個體與群體的仿生；2.生物系統(tǒng)的特點及仿生學關(guān)鍵問題：1）生物 系統(tǒng)的共同特點；2）仿生學關(guān)鍵問題：（1）柔性體與機械；（2）材料；（3）能量；（4）運動 性；（5）驅(qū)動；（6）控制；（7）感知；（8）群體的協(xié)同性與競爭；3.本課程的目的第二章仿生學中生物的基本原理1.生存的自然法則：1）適者生存與競爭機制；2）生存環(huán)境中生物的進化論；3）個體與群 體的協(xié)同；4）生物形態(tài)的多樣性等；2.

5、生物運動的典型方式與其中的仿生機理：1）生 物的結(jié)構(gòu)與功能；2）運動方式,骨骼與形態(tài)；3）定位與導航；4）群體的協(xié)同機制等；3. 仿生學的力學原理：1）生物系統(tǒng)的力學合理性剖析:（1）食肉動物行走系統(tǒng)；（2）昆蟲與 鳥類翼翅的構(gòu)造與力學分析；（3）魚類的推進；2）高速游泳動物推進力學：（1）雷諾數(shù)、 支配方程式、推進效率常數(shù)；（2）推進的流體力學基礎(chǔ)理論；（3）高速游泳動物推進動 力學；3）腿式行走生物的穩(wěn)定性及力學：（1）摩擦、ZMP及穩(wěn)定性條件；（2）單腿跳躍 式行走的力學原理；（3）雙足穩(wěn)定步行的動力學；（4）四足步行步態(tài)、穩(wěn)定性與動力學； （5）6足昆蟲的自律步行原理；4）飛翔的運動性

6、：（1）翼的形狀、運動與空氣推進力學； （2）胴體。第三章、從生物學到的設(shè)計技術(shù)1.微小要素性：1）機能；2）面向系統(tǒng)的進化性；3）細胞機器人的概念；4）增值系統(tǒng)；2. 自修復性與自修復機械：1）分散型機械系統(tǒng)；2）自重構(gòu)可變機械與自修復；3）自裝配 軟件；4）大規(guī)模系統(tǒng)的自裝配與自修復；3.環(huán)境適應(yīng)性：1）支撐生物的構(gòu)造組織；2） 從蠕蟲學到的“柔軟機械”的設(shè)計；4.創(chuàng)發(fā)性：1）與環(huán)境的相互作用一身體性；2）認 知機器人學的設(shè)計論；3）具體的方法；5.心性一人類的心與機械的心；6.人類與人工 系統(tǒng)的“交流”；7.系統(tǒng)生命與智能控制。第四章、生命現(xiàn)象的信息論初步1.生命現(xiàn)象的信息論研究的萌芽；

7、2.機器人增值系統(tǒng)；3.植物的模型；4.伴隨成長的構(gòu) 造的信息表現(xiàn)和發(fā)達；5.進化的學習機制；6.伴隨細胞分裂的自組織化；7.生命體的構(gòu) 造；8.生物進化的計算機仿真；9.競爭系統(tǒng)與共同進化的模型。第五章、仿生機械及系統(tǒng)1.引言;2.仿生機械學：1）機構(gòu)原理；2）仿生機構(gòu)；3.實例：1）自裝配機構(gòu)；2）自組織化 機器人的細胞結(jié)構(gòu)；3）適用于昆蟲翼翅的機構(gòu)；4）由增值系統(tǒng)產(chǎn)生的機器人實例；4. 有“心”的機械（機器人）的開發(fā)：1）設(shè)計論；2）機能；3）自律系統(tǒng)；4）情感表現(xiàn)；5）行 為；6）自組織化圖；5具有“人工情感”的機械系統(tǒng)：1）情感模型；2）機械系統(tǒng)設(shè)計； 3）情感的表達與感知。結(jié)束語：仿生研究與仿生機械的問題及今后的展望。課程主要教材：目前國內(nèi)尚無本課程教材，本課程將根據(jù)國外有關(guān)書目、參考文獻和我們的科研成 果自編寫講義。鄭秀媛等著.現(xiàn)代運動生物力學.國防工業(yè)出版社.2002.日本機械學會編.X力/夕一千*一生物力、乏學亍*亍夕/口一. 口十 社.2003.日本機械學會編.生物型S/tA7制御.養(yǎng)賢堂發(fā)行.2002.主要參考文獻：原文雄.小林宏 著.顏知能一顏