1、向自然學(xué)習(xí),熱愛(ài)自然、保護(hù)自然、自然和諧相處，我們就會(huì)從自然中獲得智慧和靈感,仿生設(shè)計(jì),仿生學(xué),在20世紀(jì)60年代，1960年9月13日，在美國(guó)召開(kāi)的第一屆仿生學(xué)研討會(huì)上，斯蒂爾博士首次提出了仿生學(xué)(Bionics)的概念，并定義仿生學(xué)是模仿生物系統(tǒng)的原理來(lái)建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有或類似于生物系統(tǒng)特征的科學(xué)，簡(jiǎn)而言之，仿生學(xué)就是“模仿生物的科學(xué)”。,性質(zhì),仿生學(xué)是生物學(xué)、數(shù)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)相互滲透而結(jié)合成的一門(mén)模仿生物系統(tǒng)并具有生物系統(tǒng)特征或類似特征的新興邊緣科學(xué)。,仿生學(xué)的研究主要包括三個(gè)階段,首先是根據(jù)工程技術(shù)的目標(biāo)、任務(wù)進(jìn)行生物相關(guān)性的基礎(chǔ)研究或者以生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)與研究成果為啟示

2、和基礎(chǔ)篩選出對(duì)其他科學(xué)技術(shù)有意義有價(jià)值的內(nèi)存； 然后對(duì)基礎(chǔ)研究的成果進(jìn)行分析、綜合，并提煉、概括出相關(guān)理論和概念，揭示內(nèi)在規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型； 最后在前兩個(gè)階段的基礎(chǔ)上進(jìn)入具體模擬研究、試驗(yàn)制造的應(yīng)用研究階段，最終創(chuàng)造出人工化的成果。,方法,復(fù)制不是仿生學(xué)的研究目的，對(duì)生物系統(tǒng)工作原理的本質(zhì)認(rèn)識(shí)、理解和應(yīng)用是最終目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中發(fā)散性地進(jìn)行類比、模擬和模型化是仿生學(xué)研究的主要方法，數(shù)學(xué)模型是從生物原型到應(yīng)用模型的關(guān)鍵。 但是對(duì)復(fù)雜生物系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)往往是一個(gè)長(zhǎng)期的研究過(guò)程，并依賴于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支持，需要多學(xué)科的交叉、合作，所以仿生學(xué)的研究是一個(gè)系統(tǒng)工程，存在相當(dāng)大的難度。,仿生學(xué)研究的分支,力

3、學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息和控制仿生等 電子仿生、機(jī)械仿生、建筑仿生、化學(xué)仿生、人體的仿生、宇宙仿生等 形態(tài)仿生、形式美感仿生、功能仿生、結(jié)構(gòu)仿生、機(jī)理仿生、色彩仿生、意象仿生,仿生設(shè)計(jì),仿生設(shè)計(jì)學(xué)與舊有的仿生學(xué)成果應(yīng)用不同，它是以自然界萬(wàn)事萬(wàn)物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”等為研究對(duì)象，有選擇地在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)的研究成果，為設(shè)計(jì)提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。 仿生設(shè)計(jì)學(xué)作為人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)與自然界的鍥合點(diǎn)，使人類社會(huì)與自然達(dá)到了高度的統(tǒng)一，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過(guò)程中新的亮點(diǎn)。,眾所周知的例子,蝙蝠與聲納定位 鳥(niǎo)與飛機(jī) 船與

4、魚(yú) 對(duì)螢火蟲(chóng)和海蠅地發(fā)光原理的研究，獲得了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能的新方法，從而研制出化學(xué)熒光燈等等。,肌理與質(zhì)感仿生（以紡織仿生為例）,亞馬遜河流域的閃峽蝶因其翅膀的外殼和基部翅瓣中特有的周期性多層結(jié)構(gòu)，使周身散發(fā)鉆藍(lán)的色彩，具有金屬般的光澤。受此啟發(fā)日本帝人公司開(kāi)發(fā)了光顯色纖維。 在研究天然蠶絲結(jié)構(gòu)和性能后，成功開(kāi)發(fā)了異形纖維和超細(xì)纖維等仿真絲纖維和紡織品。 肉色襪,我們的服裝與仿生還有哪些關(guān)系？,孔雀裙、燕尾服、荷葉領(lǐng)、燈籠褲 變色龍與迷彩服 2008年奧運(yùn)會(huì)上的高科技泳衣 美國(guó)華盛頓大學(xué)的研究人員正在試圖揭示蜘蛛吐出的水溶性蛋白質(zhì)是如何變成不溶的、強(qiáng)度比防彈背心還要堅(jiān)韌的絲的奧秘。科學(xué)家們已開(kāi)

5、始運(yùn)用仿生學(xué)理論研制人造蜘蛛絲。,功能仿生,水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。,可惡的蒼蠅給我們的啟示？,免疫力（活蠅蛆可接種于傷口之中，起殺菌清創(chuàng)，促進(jìn)愈合之作用。 ） 平衡能力（飛行器的平衡） 嗅覺(jué)（傳感器、捕蠅器） 棘毛的作用（減粘） 超強(qiáng)的生殖能力（蒼蠅具有一次交配可終身產(chǎn)卵的生理特點(diǎn)，一只雌蠅一生可產(chǎn)卵5-6次，每次產(chǎn)卵數(shù)約100-150粒，最多可達(dá)300粒左右。一年內(nèi)可繁殖10-12代。每只雌蠅能產(chǎn)生2000個(gè)后代，則100只雌蠅只需經(jīng)過(guò)10個(gè)世代，繁殖的總蠅數(shù)將達(dá)到2萬(wàn)億億個(gè)）,由烏龜想到

6、的？,生命力強(qiáng) 靜壽命（生命在于運(yùn)動(dòng)？） 堅(jiān)硬的外殼 （坦克） 中國(guó)人對(duì)烏龜?shù)奶厥庖庀螅?忍辱負(fù)重？高壽？忍垢偷生 ？,電子蛙眼,青蛙的眼睛很奇怪，他們看活動(dòng)的東西很敏銳，對(duì)靜止的東西視而不見(jiàn)。人們從中得到啟示，發(fā)明了電子蛙眼。,保鮮膜,結(jié)構(gòu)仿生,例如：食蠅草與發(fā)卡,結(jié)構(gòu)仿生,白蟻冢與建筑仿生 白蟻冢具有良好的通風(fēng)、保溫、保濕功能 鋸齒草 與鋸（魯班） 瑞士獵人喬治從蒼耳屬植物獲取靈感發(fā)明了尼龍搭扣。,形態(tài)仿生,天鵝形的觀光船 仙鶴音響,剪子,綜合仿生,仿人機(jī)器人 肌肉和骨骼 現(xiàn)代假肢,飛機(jī)的誕生,1870年，德國(guó)人奧托.利連塔爾制造了第一架滑翔機(jī)。利連塔爾是十九世紀(jì)末的一位具有大無(wú)畏冒險(xiǎn)精神

7、的人，他望著家鄉(xiāng)波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過(guò)，他堅(jiān)信人能飛行。1891年，他開(kāi)始研制一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機(jī)，自己還進(jìn)行試飛；此后五年，他進(jìn)行了2000多次滑翔飛行，并同鳥(niǎo)類進(jìn)行了對(duì)比研究，提供了很有價(jià)值的資料。,萊特兄弟發(fā)明了真正意義上的飛機(jī)。在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，怎樣使飛機(jī)拐彎和怎樣使它穩(wěn)定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥(niǎo)的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一只翅膀下落，靠轉(zhuǎn)動(dòng)這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩(wěn)定和平衡。,未來(lái)的飛機(jī)是個(gè)什么樣？,太陽(yáng)能 袖珍 房頂是飛機(jī)場(chǎng) 翅膀收縮調(diào)整 可以振翅 可以俯沖空中停止,如今飛機(jī)的平衡錘仿生了

8、蒼蠅的平衡棒,汽車(chē)與仿生（案例之二）,形態(tài)仿生,汽車(chē)的功能仿生,螃蟹殼輕而強(qiáng) 一種內(nèi)部高壓造型技術(shù)由此誕生。將金屬管置于模具中，高壓狀態(tài)下將液壓液體或氣體注入金屬管兩端，使金屬在2400巴的高壓下形成模具的形狀。這一技術(shù)保證了零件精準(zhǔn)的尺寸和形狀，在充分利用空間、贏得更多軸力度和硬度的同時(shí)減輕了重量。,汽車(chē)的骨架,在自然界，發(fā)泡材料出色的能量吸收性能發(fā)揮最突出的例子是貓頭鷹和大象的頭部，雖然象頭只有幾公斤，卻能輕松移動(dòng)幾百公斤的重量。 仿制輕骨架組織發(fā)泡金屬進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，泡孔組織結(jié)構(gòu)的零部件強(qiáng)度/密度比極佳。如果向鋁模具內(nèi)充氣或把將要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的小顆粒注入鋁模具，形成發(fā)泡鋁的多孔組織，就能

9、充分吸收能量，緩沖和降噪。,小阻力的外形,寶馬H2R氫燃料汽車(chē)外型和設(shè)計(jì)的靈感來(lái)自海豚、企鵝的低阻身材。圓鼓的前臉、收起的尾部，極小的正鋒面，成就了其0.21的阻力系數(shù)。同樣，尺寸龐大的寶馬7系得益于其流線造型，阻力系數(shù)也僅為0.29。,仿生機(jī)器人（案例三）,工業(yè)機(jī)器人焊接機(jī)器人,機(jī)器人本體,某種機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,并聯(lián)機(jī)器人,未來(lái)機(jī)器人的構(gòu)想,機(jī)器人是仿生的結(jié)果，它的發(fā)展一刻也離不開(kāi)仿生 學(xué)習(xí)能力、決策能力、感覺(jué)能力,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法主要為“模型分析法”： 1、創(chuàng)造生物模型和技術(shù)模型 從功能出發(fā)、研究生物體結(jié)構(gòu)形態(tài)制造生物模型。 從結(jié)構(gòu)形態(tài)出發(fā)，達(dá)到抽象功能制造技術(shù)模

10、型,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法,2、可行性分析與研究 功能性分析 找到研究對(duì)象的生物原理，通過(guò)對(duì)生物的感知，形成對(duì)生物體的感性認(rèn)識(shí)。從功能出發(fā)，對(duì)照生物原型進(jìn)行定性的分析。 外部形態(tài)分析 對(duì)生物體的外部形態(tài)分析，可以是抽象的，也可以是具象的。在此過(guò)程中重點(diǎn)考慮的是人機(jī)工學(xué)、寓意、材料與加工工藝等方面的問(wèn)題。,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法, 色彩分析 進(jìn)行色彩的分析同時(shí)，亦要對(duì)生物的生活環(huán)境進(jìn)行分析，要研究為什么是這種色彩？在這一環(huán)境下這種色彩有什么功能？ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，除去無(wú)關(guān)因素，并加以簡(jiǎn)化，通過(guò)分析，找出其在設(shè)計(jì)中值得借鑒合利用的地方。, 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 利用現(xiàn)有的

11、高科技手段，對(duì)生物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，找出其運(yùn)動(dòng)的原理，針對(duì)性的解決設(shè)計(jì)工程中的問(wèn)題。,仿生設(shè)計(jì)的基本程式,有些仿生設(shè)計(jì)是從生物概念開(kāi)始到產(chǎn)品概念，有些仿生設(shè)計(jì)是從產(chǎn)品概念開(kāi)始到生物概念，但都遵循如下基本程式：,(1)確定仿生設(shè)計(jì)概念,根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)與產(chǎn)品概念的需求，明確描述仿生的思維方式和內(nèi)容方向。具體來(lái)說(shuō)，是對(duì)與產(chǎn)品構(gòu)成要素相對(duì)應(yīng)的自然生物形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、美感、意象等特征的方向性確定與描述，并與產(chǎn)品概念融合形成目標(biāo)產(chǎn)品的仿生設(shè)計(jì)概念，然后在自然生物系統(tǒng)中尋求搜索與仿生概念相關(guān)的仿生目標(biāo)對(duì)象，通過(guò)觀察、認(rèn)知、研究來(lái)篩選并確定對(duì)仿生設(shè)計(jì)有啟迪意義的內(nèi)容。,(2)仿生設(shè)計(jì)發(fā)想,所謂發(fā)想是設(shè)計(jì)活動(dòng)中尋求“金鑰匙”的過(guò)程，是利用一定的思考技術(shù)來(lái)幫助設(shè)計(jì)師發(fā)倔解決問(wèn)題的方案。仿生設(shè)計(jì)的發(fā)想在仿生設(shè)計(jì)概念的指導(dǎo)下，憑借設(shè)計(jì)師感性和直觀的思考，以及在對(duì)具體仿生目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)與歸納的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的探索與嘗試，然后再用理性和推理的思考方式來(lái)驗(yàn)證這種感性和直觀認(rèn)識(shí)的價(jià)值并進(jìn)行修正。,(3)仿生設(shè)計(jì)