《仿生學(xué)概論》課程結(jié)業(yè)報(bào)告姓名：JLMK班級(jí)：機(jī)械112學(xué)號(hào)：2023071156仿生學(xué)及其應(yīng)用

仿生學(xué)是爭(zhēng)論生物系統(tǒng)的構(gòu)造和性質(zhì)以及工程技術(shù)供給新的設(shè)計(jì)思想及工作原理的科學(xué)，是涵蓋生物電子學(xué)、生物傳感器、生物仿真材料、生物物理學(xué)、生物電機(jī)和生物大分子的自裝配等的一門穿插學(xué)科。主要是爭(zhēng)論和建立一類人工系統(tǒng)，使之具有生命系統(tǒng)的某些特性。它具有相像性、多樣性、跨學(xué)科、簡(jiǎn)單性、智能性、綜合性、創(chuàng)新性的學(xué)科特性。隨著生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，從20世紀(jì)50年月以來，人們已經(jīng)生疏到生物系統(tǒng)是開拓新技術(shù)的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術(shù)思想、設(shè)計(jì)原理和制造制造的源泉。人們用化化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)以及技術(shù)模型對(duì)生物系統(tǒng)開展著深入的爭(zhēng)論，促進(jìn)了生物學(xué)的極大進(jìn)展，對(duì)生物體內(nèi)功能機(jī)理的爭(zhēng)論也取得了快速的進(jìn)展。此時(shí)模擬生物不再是引人入勝的夢(mèng)想，而成了可以做到的事實(shí)。生物學(xué)家和工程師們樂觀合作，開頭將從生物界獲得的學(xué)問用來改善舊的或制造新的工程技術(shù)設(shè)備。生物學(xué)開頭跨入各行各業(yè)技術(shù)革新和技術(shù)革命的行列，而且首先在自動(dòng)掌握、航空、航海等軍事部門取得了成功。于是生物學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科結(jié)合在一起，相互滲透孕育出一門新生的科學(xué)——仿生學(xué)。仿生學(xué)正式誕生于1960年9月。仿生學(xué)的誕生和進(jìn)展歷程仿生學(xué)的爭(zhēng)論方向和內(nèi)容仿生學(xué)的爭(zhēng)論方向依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可分為不同的種類：1.一方面可分為力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息和掌握仿生；2.另一方面也可按電子、機(jī)械、建筑、材料、醫(yī)學(xué)、人體、宇宙仿生分類；3.還可按形態(tài)、功能、構(gòu)造、顏色、意象、機(jī)理、形式美感進(jìn)展劃分。仿生學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容：仿生學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容是極其豐富多彩的，由于生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的構(gòu)造和功能供各行業(yè)來爭(zhēng)論。自從仿生學(xué)問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學(xué)的爭(zhēng)論得到快速的進(jìn)展，且取得了很大的成果。就其爭(zhēng)論范圍可包括電子仿生、機(jī)械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生等。仿生學(xué)的爭(zhēng)論課題多集中在以下三種生物原型的爭(zhēng)論，即動(dòng)物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機(jī)械仿生和化學(xué)仿生方面的爭(zhēng)論也隨之開展起來，近些年又消失新的分支，如人體的仿生學(xué)、分子仿生學(xué)和宇宙仿生學(xué)等。仿生學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容：仿生學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容是極其豐富多彩的，由于生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的構(gòu)造和功能供各行業(yè)來爭(zhēng)論。自從仿生學(xué)問世以來的二十幾年內(nèi)，仿生學(xué)的爭(zhēng)論得到快速的進(jìn)展，且取得了很大的成果。就其爭(zhēng)論范圍可包括電子仿生、機(jī)械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生等。仿生學(xué)的爭(zhēng)論課題多集中在以下三種生物原型的爭(zhēng)論，即動(dòng)物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機(jī)械仿生和化學(xué)仿生方面的爭(zhēng)論也隨之開展起來，近些年又消失新的分支，如人體的仿生學(xué)、分子仿生學(xué)和宇宙仿生學(xué)等。仿生學(xué)的爭(zhēng)論方法、步驟；仿生學(xué)的主要爭(zhēng)論方法就是提出模型，進(jìn)展模擬。其爭(zhēng)論程序大致有以下三個(gè)階段：首先是對(duì)生物原型的爭(zhēng)論。依據(jù)生產(chǎn)實(shí)際提出的具體課題，將爭(zhēng)論所得的生物資料予以簡(jiǎn)化，吸取對(duì)技術(shù)要求有益的內(nèi)容，取消與生產(chǎn)技術(shù)要求無關(guān)的因素，得到一個(gè)生物模型；其次階段是將生物模型供給的資料進(jìn)展數(shù)學(xué)分析，并使其內(nèi)在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言把生物模型“翻譯”成具有肯定意義的數(shù)學(xué)模型；最終數(shù)學(xué)模型制造出可在工程技術(shù)上進(jìn)展試驗(yàn)的實(shí)物模型。固然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡(jiǎn)潔的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實(shí)踐——生疏——再實(shí)踐的屢次重復(fù)，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結(jié)果，使最終建成的機(jī)器設(shè)備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的力量。例如今日的飛機(jī)在很多方面都超過了鳥類的飛行力量，電子計(jì)算機(jī)在簡(jiǎn)單的計(jì)算中要比人的計(jì)算力量快速而牢靠。仿生學(xué)的根本爭(zhēng)論方法使它在生物學(xué)的爭(zhēng)論中表現(xiàn)出一個(gè)突出的特點(diǎn)，就是整體性。仿生學(xué)的應(yīng)用概述：實(shí)例1.海豚皮膚生物特性：海豚的皮膚很松軟，皮膚外層生有很多中空突起，游泳時(shí)，整個(gè)皮膚外表能按水的紊流作波浪起伏，變得和水波的外形全都，這就削減90%的水的摩擦阻力。所以，海豚那種具有特殊組織的皮膚，是它游泳速度快的主要緣由。仿生元素：皮膚外層生有很多中空突起，游泳時(shí)，整個(gè)皮膚外表能按水的紊流作波浪起伏，變得和水波的外形全都，這就大大減小了水的摩擦阻力仿生應(yīng)用：軍事上仿照海豚皮膚的溝槽構(gòu)造，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可削減航行揣流，提高航速；2.蛋殼與薄殼建筑生物特性：雞蛋殼雖然特別薄，但是，它所能承受的力與它的厚度的比卻是特別驚人的，實(shí)事說明蛋殼呈拱形，跨度大，包括很多力學(xué)原理。雖然它只有2mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。仿生元素：蛋殼呈拱形，跨度大，承受力的力量很強(qiáng)仿生應(yīng)用：建筑學(xué)家仿照它進(jìn)展了薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類建筑有很多優(yōu)點(diǎn)：用料少，跨度大，牢固耐用。薄殼建筑也并非都是拱形，舉世著名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。3.蝴蝶與仿生

生物特性：五彩的蝴蝶錦色粲然，如重月紋鳳蝶，褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翅在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)?？茖W(xué)爭(zhēng)論說明，蝴蝶身上的鱗片有隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度的特性，通過這一特性，蝴蝶可以調(diào)整自身的體溫。仿生元素:它身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)整體溫仿生應(yīng)用：人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度突然變化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)峻影響很多儀器的正常工作。科學(xué)家受蝴蝶啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片正反兩面輻射、散熱力量相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)整窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。4.澳洲刺角蜥

生物特性：全長(zhǎng)15公分，皮膚外表上具有很多細(xì)溝紋延接至嘴部位置，身體上假設(shè)沾有水份的話，便可利用毛細(xì)管原理吸取水份。當(dāng)夜晚溫度下降時(shí)，露水會(huì)在它身上聚攏并通過毛細(xì)作用自動(dòng)流向它的嘴里。仿生元素：利用自己身體外表構(gòu)造特性進(jìn)展自動(dòng)集水仿生應(yīng)用：依據(jù)澳洲刺角蜥自動(dòng)集水特性，我們制造了這種集水系統(tǒng)，當(dāng)空氣中的水氣遇到較冷的集水器外表分散成水珠后，就會(huì)沿集水器外表的凹槽流到集水器底部，在集水器底部同樣有凹槽，流下的水將通過底部的開口流入特定的容器內(nèi)。5.電魚與伏特電池生物特性：自然界中有很多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”電魚放電的奇妙究竟在哪里?經(jīng)過對(duì)電魚的解剖爭(zhēng)論，最終覺察在電魚體內(nèi)有一種奇怪的發(fā)電器官。這些發(fā)電器官是由很多叫電板或電盤的半透亮的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的外形、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了仿生元素：電魚體中的發(fā)電器官成蜂窩狀，一面較為光滑，直接與神經(jīng)系統(tǒng)相連；另一面則凹凸不平，無神經(jīng)?！半姲濉焙驮瓉淼募∪饧?xì)胞一樣，具有膜外帶正電，膜內(nèi)帶負(fù)電的靜息電位。一旦神經(jīng)系統(tǒng)傳來一個(gè)指令信號(hào)時(shí)，“電板”的一面產(chǎn)生急轉(zhuǎn)電勢(shì)，而另一面不受神經(jīng)掌握，仍是原來的靜息電位狀態(tài)。由此，“電板”兩面的電荷消失了不對(duì)稱，因而產(chǎn)生了電流。仿生應(yīng)用:電魚這種非凡的本事，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上最早的伏特電池。由于這種電池是依據(jù)電魚的自然發(fā)電器設(shè)計(jì)的,所以把它叫做“人造電器官”。對(duì)電魚的爭(zhēng)論，還給人們這樣的啟發(fā)：假設(shè)能成功地仿照電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動(dòng)力問題便能得到很好的解決。世界上第一個(gè)伏特電池6.蜻蜓與仿生學(xué)生物特性：蜻蜒通過翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于四周大氣的局部不穩(wěn)定氣流，井利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下飛翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72km/小時(shí)。此外，蜻蜒的飛行行為簡(jiǎn)潔，僅靠?jī)蓪?duì)翅膀不停地拍打，且蜻蜓在高速飛行時(shí)平穩(wěn)無恙。仿生元素：蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飛行時(shí)平穩(wěn)無恙。仿生應(yīng)用：科學(xué)家據(jù)蜻蜓此構(gòu)造根底研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起猛烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。于是科學(xué)家依據(jù)蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飛行時(shí)平穩(wěn)無恙，人們仿效蜻蜒在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動(dòng)這個(gè)令人麻煩的問題７.蝙蝠與雷達(dá)生物特性：蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是塞住蝙蝠的雙耳、封住它的嘴后，它們?cè)诤诎抵芯痛绮诫y行了。面對(duì)這些事實(shí)，斯帕拉捷提出了一個(gè)使人們難以承受的結(jié)論：蝙蝠能用耳朵與嘴“看東西”。它們能夠用嘴發(fā)出超聲波后，在超聲波接觸到障礙物反射回來時(shí)，用雙耳接收到。仿生元素：蝙蝠利用超聲波進(jìn)展定位，躲避障礙物，捕食仿生應(yīng)用：雷達(dá)設(shè)備的放射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射遇到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)展處理，提取有關(guān)該物體的某些信息(目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。８.蒼耳與尼龍搭扣生物特性：蒼耳子種皮外有倒鉤，當(dāng)有人或動(dòng)物經(jīng)過時(shí)往往會(huì)掛在人的衣服或者動(dòng)物的皮毛上，從而到達(dá)傳播種子的目的。仿生元素：種皮外倒鉤可掛在絮、絲狀物上仿生應(yīng)用：尼龍搭扣是由尼龍鉤帶和尼龍絨帶兩局部組成的聯(lián)接用帶織物。鉤帶和絨帶復(fù)合起來略加輕壓，就能產(chǎn)生較大的扣合力和撕揭力，廣泛應(yīng)用于服裝、背包、篷帳、降落傘、窗簾、沙發(fā)套等方面９.夜蛾與反雷達(dá)技術(shù)生物特性：夜晚圍繞燈火飄舞的夜蛾，有一套裝備精良的“反雷達(dá)”裝置——鼓膜器，用以應(yīng)付蝙蝠的獵殺，鼓膜器是夜蛾特地用來截聽蝙蝠超聲“雷達(dá)”波的耳朵，是自然的“反雷達(dá)裝置”。有些夜蛾還具備反蝙蝠超聲探測(cè)的“裝備”呢。它們的足部會(huì)發(fā)出一連串的“咔嚓”聲，干擾蝙蝠的超聲雷達(dá)，使它們沒方法對(duì)夜蛾定位。有的夜蛾更超群，它們?nèi)黹L(zhǎng)滿了絨毛，好比一件隱身衣一樣。它能夠吸取超聲波，使蝙蝠發(fā)出的超聲波得不到足夠的回聲，從而逃脫蝙蝠的追捕。

仿生元素：鼓膜器干擾或吸取蝙蝠發(fā)出的超聲波仿生應(yīng)用 軍事工程師通過對(duì)夜蛾截聽、干擾和吸取蝙蝠超聲波力量的爭(zhēng)論，制造了雷達(dá)監(jiān)測(cè)器和干擾系統(tǒng)，安裝在飛機(jī)或艦艇上，可以隨時(shí)覺察敵方雷達(dá)發(fā)出的電涉及準(zhǔn)確的頻率，然后放出巨大能量的干擾電波，使對(duì)方雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生混亂，無法覺察己方的準(zhǔn)確位置。現(xiàn)代化的戰(zhàn)斗機(jī)上都有一層吸附雷達(dá)電波的涂層，仿佛夜蛾的“隱聲衣”，能更好地隱蔽自己。10.植物根系與鋼筋混凝土構(gòu)造生物特性：強(qiáng)大的植物根系不僅可從土壤中吸取植物生長(zhǎng)所必需的水分和養(yǎng)分,而且對(duì)于改進(jìn)土壤的構(gòu)造和成分,增加土壤的抗侵蝕力量和抗剪切力量有著重要的作用.強(qiáng)大濃密的根系使根系四周的土壤嚴(yán)密的聯(lián)系在一起，大大提高了土壤的抗侵蝕力量.對(duì)于更有效地掌握水土流失、愛護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境具有特別重要的意義.

仿生元素：錯(cuò)綜簡(jiǎn)單的根系使土壤更加堅(jiān)固仿生應(yīng)用：用鋼筋和混凝土制成的一種構(gòu)造。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有牢固、耐久、防火性能好、比鋼構(gòu)造節(jié)省鋼材和本錢低等優(yōu)點(diǎn)。課程學(xué)習(xí)體會(huì)：仿生學(xué)是生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它把各種生物系統(tǒng)所具有的功能原理和作用機(jī)理作為生物模型進(jìn)展?fàn)幷?，希望在技術(shù)進(jìn)展中能夠利用這些原理和機(jī)理，實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)設(shè)計(jì)，制造出嶄新的機(jī)械、儀器、建筑構(gòu)造和工藝過程。比方我們提及最多的建筑仿生學(xué)，服裝仿生學(xué)，還有在民用領(lǐng)域以外的軍事這個(gè)特殊意義的領(lǐng)域也普遍用上了仿生學(xué)的技術(shù)和爭(zhēng)論成果?？梢哉f，仿生學(xué)已經(jīng)從方方面面轉(zhuǎn)變了我們對(duì)世界的生疏，幫助我們更好的從自然那里學(xué)習(xí)，借助大自然來改造提高我們的力量，改造我們的現(xiàn)實(shí)世界。從仿生學(xué)的誕生、進(jìn)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的爭(zhēng)論成果已經(jīng)