仿生学的发展及应用
仿生材料学的发展及应用

仿生材料学的发展及应用近年来,随着科技的不断发展和进步,仿生学在人们的生活中开始发挥越来越重要的作用。
而仿生材料学作为仿生学的重要分支之一,也受到了越来越多的关注和研究。
本文将从发展历程、应用现状、未来前景等方面探讨仿生材料学的发展和应用。
一、发展历程仿生材料学,简单地说就是模仿动植物的结构、性质、功能等进行材料设计和制备。
其发展历程可追溯到古代,早在汉代就有“仿石成木”的技术。
但是由于历史和技术条件的限制,长期以来仿生材料学只能停留在经验和手工制作阶段。
随着现代科技的发展,利用先进的分析手段和制造技术,仿生材料学逐渐成为一个独立的学科,并得到了长足的发展。
在20世纪90年代,仿生学成为国际生物技术领域发展的一个重要热点,科学家们开始系统探究生物界的多样性,并结合生物学、物理学、数学、机械工程学等学科知识开展材料设计和制备。
目前,仿生材料学已经从简单形态的仿生学实验开始发展,逐步形成生物学、医学、机器人等领域的交叉应用。
二、应用现状1、生物医学领域仿生材料学广泛应用于生物医学领域,以期开发出一些可用于临床治疗的仿生材料。
例如,在组织工程领域,利用仿生材料设计可以制备生物功能材料,支持和促进细胞生长和分化,加速组织修复和再生;在口腔医学领域,通过仿生学设计口腔义齿和口腔修复用材料,提高口腔修复效果和病人生活质量;在骨科领域,仿生材料可以制备出类似骨骼结构的金属、聚合物、陶瓷等材料,能够更好地帮助植入物与肌骨组织契合,促进骨组织再生。
2、机器人领域仿生材料学也非常适用于机器人领域,因为它可以使用仿生学原理来设计和制造机器人,赋予其类似生物的结构和功能。
例如,充分考虑鸟类的飞行机理,利用仿生材料在制造创新型飞行器方面有了长足进展。
同样,利用仿生学的原理,设计机器人达到人体运动和功能的模仿,例如能够模拟人体骨骼、肌肉和关节运动的仿生机器人。
三、未来前景当前,仿生材料学还存在很多问题和挑战,例如仿生材料的制备成本、效率以及仿生材料与人体完美的吻合度,是解决目前仿生材料学发展问题的重要方向。
仿生学在设计中的应用与发展趋势

仿生学在设计中的应用与发展趋势随着科技的不断进步,生物科学作为一门重要的基础学科,不断涌现出各种各样的新奇理论与实践成果,而其中,仿生学无疑是一个备受瞩目的新兴领域。
仿生学是指借鉴生物学的原理和方法,将其应用于机械、电子、计算机、材料等领域,从而创造更加先进、高效、生物化的技术与产品。
在设计中,仿生学的应用越来越广泛,其原理和方法也得到了不断深入的研究和应用,成为当今最热门的设计理念之一。
本文将从仿生学的定义、应用案例及发展趋势三方面,剖析仿生学在设计中的应用与发展趋势。
一、仿生学的定义与基本原理仿生学,也称生物仿生学,是一种探究生物体结构、功能、行为等生物学特性,以及生物进化和生命演化规律,进而将这些原则应用于人造系统设计和技术创新的学科。
在仿生学中,最重要的是从生物的特有结构和特点中寻找启示,探究其运作原理,并将这些启示进行合理的应用和改造,使人工系统更加符合自然规律,更加适应自然环境。
仿生学发展的关键在于突破和突破限制,推动科技的进步和发展。
仿生学的基本原理可以总结为四个方面:形态仿生、结构仿生、功能仿生和协同仿生。
其中,形态仿生研究生物体的外形,或许是生物体进化和适应自然环境的重要原因,以找到符合自然界规律的形态。
结构仿生则探究生物体的组织结构和力学性质,例如树木或骨骼的结构,以建造能够承受复杂载荷的材料。
功能仿生则研究生物的各种生理功能和生物体的行为特点,例如飞鸟的飞行原理、鲸鱼的自然浮力和密度,进而把这些优点作为人工系统的设计原则和标准。
协同仿生是指多个生物之间的集体协作和行为,例如蜜蜂的集群行为和白蚁的组织协作,以及人工智能系统中的多智能体协作机制。
总之,仿生学依托于生物学的基础知识,探究生物体的独特魅力与生物特性,进而将这些原则应用于人造系统的设计和应用。
二、仿生学在设计中的应用仿生学的应用在实际设计中主要可以分为两个方面:产品设计和建筑设计。
1、产品设计方面仿生设计的一个重要应用方向是产品设计。
仿生学研究的进展和前景

仿生学研究的进展和前景当我们观察自然界中的各种生物时,我们会发现它们的形态、结构和运动方式都非常精密而高效。
仿生学是一门学科,通过模仿这些生物来研发能够模拟它们的机器人和其他技术。
仿生学的研究范围非常广泛,涵盖力学、机械工程、生物学、材料科学和电子工程等领域。
随着技术的进步和研究的不断深入,仿生学在各种领域的应用也变得越来越广泛。
一、仿生学在机器人领域的应用仿生学在机器人领域的应用最为广泛。
因为大自然中的各类动物,如鸟类、昆虫等,都有自身独特的运动方式和适应环境的特性。
如今的人们也能够仿造这些特点,赋予机器人对不同环境的融入能力。
比如稳定性较强的六足机器人就是借鉴了昆虫的运动方式,可以在不平坦的地形上行进,它的运动方式适应于充满难题的搜索和搜救行动。
二、仿生学在航空航天领域的应用仿生学在航空航天领域的应用也十分广泛。
研究发现,鸟类的翅膀结构是非常适合在高空中飞行的。
基于这一发现,科学家开发出了仿生翅膀,不仅在飞机上被使用,而且还被用于开发具有热隐形性的导弹。
这些仿生翅膀不仅质量更轻,而且因为复制了鸟类行为,所以更加节能。
此外,在火箭发动机的组装过程中出现的问题,也可以通过仿生学来解决。
科学家们以赤螳螂为模板,发明了采用进口器运行的喷气发动机。
三、仿生学在医学领域的应用仿生学在医学领域也有很多应用,其中最明显的就是医学器械的仿生制造。
例如仿生耳机,不仅重量轻并且能够有效滤除噪音。
同时仿生学还被用于研究生物学问题,帮助人们更好地理解人体的机理以及疾病。
四、仿生学在材料科学中的应用仿生学在材料科学中的应用范围也非常广泛。
仿生设计的产品可以被用于改善建筑和基建的安全性和性能,例如从虎蛇的鳞片中得到启示,设计了一种能够抵御子弹和爆炸的新性材料。
另外,仿生学也可以用于开发一些适合特定环境的材料,例如在火山喷发的环境中运作的材料。
五、仿生学的未来随着各种新兴技术的涌现,仿生学的研究也会变得更加广泛且有效。
学科的深度和广度也会呈现出不停地拓宽。
仿生学研究与应用

仿生学研究与应用仿生学(Bionics)是一门跨学科的科学,它通过研究生物体的结构、功能和行为,来获得对于人造系统的启示和指导,从而创造出更加高效、智能和可持续的技术和产品。
它将不同领域的知识融合在一起,涵盖了生物学、工程学、物理学、化学等多个学科,在科技发展中扮演着重要的角色。
一、仿生学的起源和发展在人类探索自然、模仿自然的过程中,仿生学可以追溯到古代。
古人在观察动物形态和行为时,就尝试着将其应用到日常生活中,比如仿造鸟类的飞行原理制造风车,仿制牛蓢制作船帆等等。
而真正将仿生学发展为一门学科的,则可以追溯到20世纪。
二、仿生学的研究领域1.仿生材料和结构仿生材料是指通过研究生物组织和功能,制造出与之相似的材料。
比如仿生纳米材料、仿生涂层等。
而仿生结构则是指受到生物体结构启发,设计出具有特殊功能的人造结构,如仿生建筑、仿生桥梁等。
2.仿生机器人仿生机器人是指通过模仿生物体的外形和行为,设计和制造可以模拟生物体运动、感知和智能的机器人。
研究者可以通过仿生机器人的研发,探索机器人在不同领域的应用,如救援机器人、智能家居机器人等。
3.仿生传感器和控制系统仿生传感器和控制系统是指借鉴生物感知和控制机制,设计和制造具有类似功能的传感器和控制系统。
比如仿生人眼传感器、仿生神经网络等。
4.仿生医学和健康技术仿生医学和健康技术是指通过仿生学的方法,研究和应用于医学领域,致力于改善医疗健康技术。
比如仿生义肢、仿生心脏瓣膜等。
5.仿生能源和环境技术仿生能源和环境技术是指通过仿生学的方法,研究和开发可持续能源和环境技术。
比如仿生光伏技术、仿生风力发电技术等。
三、仿生学在实际应用中的例子1.莲花塔莲花塔是受到莲花结构启发设计的建筑物,它具备了良好的自洁性和耐候性,同时也减少了建筑材料的使用量。
2.仿生无人机仿生无人机模仿鸟类飞行原理,具有较好的机动性和能耗效率,广泛应用于侦察和物流领域。
3.仿生纳米材料仿生纳米材料通过模仿生物体的结构和功能,具有更高的特异性和效率,被广泛应用于生物传感、药物缓释等领域。
仿生学的发展及应用

仿生学的发展及应用摘要:仿生学科的出现发展已经有将近60年的历史,在这期间仿生学得到了快速的发展,并对人类生活产生了各方面的影响。
本文介绍了从古到今仿生学的发展历程及今后仿真学的发展趋势。
并对不同领域内仿真学的应用做了简要的介绍和举例,从而更好的了解认识仿真学。
关键词:仿真学;发展;应用引言地球上的生物在经历了漫漫的进化之后,到现在人类已知的已经有170多万个物种,科学家推测世界上的物种大约在500-1000万种之间甚至更多。
生物为了求得生存和发展,在进化中逐渐形成了各自适合自身的形态结构及生命系统等。
不同的物种都各自有着自身的特点,人类在进化发展的过程中,对这些特点的应用就是仿生学最初的起源。
自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理、重大发明的源泉。
在500万年的进化中,人类不断模仿自然,提升生产能力,才有现在人类社会的发展程度。
而这种行为,在现代社会催生出了一门科学——仿生学。
仿生学是一门综合性的,由生命科学和工程技术相互结合而产生的新技术,在现代社会广泛应用于军事、医疗、工业和日常生活等多个领域。
了解仿生学的发展过程,清楚仿生学在各个领域的具体应用,对于研究仿生技术,进一步促进仿生学的发展有着重要的意义。
仿生学诞生前的发展及应用仿生学的发展可以追溯到人类文明的早期,人类文明的形成过程中不自觉的对仿生学的应用,这些应用仍旧停留在比较原始的阶段,由于环境的恶劣,人类不得不从自然界的其它生物及自然现象中学习从而保证自己的生存。
因此,从远古时代起,人们实际上已经就已在从事仿生学的工作[1]。
例如,人类现在仍在使用的工具:锯子,相传是中国古代的春秋战国时代,鲁班上山伐木途中,手指为锯齿草划破,从而受到启发,经反复实践,终于制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯[2]。
古代人类就有着想要利用工具飞翔的期望,自古以来就有很多人模仿鸟类制作出许多“飞行器”,但是由于科学发展的程度不够,都没有成功。
直到1903年12月17日,美国人莱特兄弟发明并成功试飞了人类历史上的第一台飞机。
仿生科技的发展和应用前景

仿生科技的发展和应用前景随着科技的不断发展,人类对于自然界的研究和模仿也越来越深入。
仿生科技便是在这样的背景下诞生和发展起来的一门新兴科技,它借鉴自然界的形态、结构、功能和运动机制,将其应用于机器人、生物医学材料、智能硬件等领域,在实现人类价值的同时也在不断地推动科技创新。
本文将从仿生科技的概念、原理、技术、应用等方面介绍其发展和应用前景。
一、概念和原理仿生科技,又称生物仿生学或生物模仿科学,是指模仿自然界生物形态、功能和运动机制的一种科学方法,旨在借鉴自然界的智慧,探索生命的奥秘。
仿生学的原理是利用人工材料和设备来模仿生物身体的结构和运动方式,实现与生物相似的功能或性能。
因此,仿生科技是一门集物理学、化学、力学、材料学、计算机科学、生物学等多学科于一体的交叉学科。
二、技术发展人们早在古代就开始尝试向自然界学习和模仿生命体,如亚里士多德在《动物分类》中找到近似万物的共性和规律。
现代仿生科技则由雷诺·托马士(Leonardo da Vinci)于15世纪率先提出。
到了20世纪,随着科技的进步,仿生科技得以快速发展。
人们开始深入自然界,研究动物、昆虫等生物的身体结构和功能机制,摸索适合人工应用的能力。
目前,仿生科技技术已经成为一种新型制造和设计方法。
其中,机器人技术是其中一个热点领域。
拥有智能化、感知化、导航化、移动化、可视化、柔性化等特点,仿生机器人的开发成为了当前科技发展的一个重要方向。
例如,仿生机器人研究团队在研发机器人分别借鉴鸟类和昆虫的特征,打造出一种可以飞行、悬停、行走的机器人。
三、应用前景1. 医疗领域仿生科学能够革新卫生医疗领域。
生物医学材料方面,仿生科技的应用有望打破深入人体的技术壁垒,拥有更好的生物相容性和耐久性;仿生芯片也可以用于大规模诊断和流行病监测;仿生机器人亦可用于外科手术,因为它们能够精确定位和探测组织,减少人为原因的误伤和伤害。
2. 智能制造领域在如今复杂框架的产品方面,仿生学则成为了产业智能制造的强有力延伸。
仿生学的理念和应用

仿生学的理念和应用引言仿生学是对生物体结构和功能的模仿、仿制,应用于工程学、医学和科学研究等领域的学科。
作为一种新兴学科,它借鉴了自然界中的设计和演化,并将其与现代工程技术相结合。
仿生学的理念和应用为各个领域带来了许多创新性的思路和解决问题的方法。
1. 仿生学的发展历程仿生学始于20世纪初期,但真正开始受到广泛认可和应用是在20世纪60年代。
在这一时期,生物学家和工程师们开始合作,将生物学知识应用于机器设计和生产中。
最为成功的案例是生物钟,在这个过程中,借鉴了蜜蜂的舞蹈和细胞代谢循环的思路,开发出了一种可以自动调节人类睡眠节律的系统。
2. 仿生学的理念和应用2.1 结构仿生结构仿生是仿生学的一种重要应用方式,它考虑了生物体形态、质量和机能等多方面因素,并将之应用于建筑设计、道路规划、交通工具制造等领域。
在建筑领域中,借鉴了如蜘蛛网、竹林、树枝等自然结构,开发出了一系列轻型、高效的建筑材料,如玻璃纤维、夹层板和蜂窝板等。
这些材料具有自重轻、强度高、隔音隔热等优点。
2.2 功能仿生功能仿生是通过模仿生物体的某种功能特点,并将其应用于现实生活中的新技术和产品中。
例如,利用蜜蜂的视觉特征,开发出了一种可穿戴式设备,能够在视觉和语音交互的基础上识别附近的事物,辅助人们进行导航、定位和搜索等。
又如借鉴海豚的流线型身形,开发出了一种船舶涂料,能够降低水阻,提高航速和燃油使用效率。
2.3 生命化设计生命化设计是指以生物学系统为模型,将其应用到产品设计和工艺流程中的一种设计理念。
生命化设计十分注重产品的环境适应性、可持续性和安全性等方面。
例如,仿照花朵营养供应的方式,设计出一种智能化的土地肥料,能够根据当地土壤状况自动调配营养物质。
这种肥料不但不会污染环境,还有助于提高农作物的产量和质量。
3. 仿生学的应用前景随着工程技术的不断进步和仿生学理论的不断发展,仿生学的应用前景十分广阔。
例如,生物材料的研究和应用将会带来更具可持续性的建筑和交通工具;仿生机器人的研究和应用将有助于解决人工智能、空间探索和救援等方面的问题;仿生医学的研究和应用将有助于开发出更有效的药物和疫苗。
仿生学的应用与发展趋势

仿生学的应用与发展趋势一、引言仿生学是一门综合性的学科,它通过研究自然界的生物体的形态、功能和生活习性,将自然界的智慧应用于工程技术和生物医学领域。
本科中,我们将探讨仿生学的应用及其发展趋势。
二、仿生学的应用1.仿生材料仿生材料是仿生学研究的重要方向之一。
它是指材料科学与自然生命体之间的联系,以生命所具有的优异性能为原型而设计的化学材料。
制造仿生材料的过程是将天然材料提炼出关键特性并在化学工厂生产大规模的仿生物质,如仿生人工蜘蛛丝,仿生人工海绵等。
这些仿生材料有着令人惊叹的性能,可以广泛用于工业、医学和航空航天领域等。
2.仿生机器人仿生机器人是将仿生学的原理应用于机器人的制造过程中,目标是生产出像自然生物一样高效、智能、强大的机器人。
仿生机器人是人工智能和机器人技术结合的产物,具有模仿生物体结构和运动方式的能力,可以在危险区域执行任务,用于医疗护理等方面。
3.仿生医学仿生医学是将自然界中生物的运作机制和构造应用于医学领域中,目的是为人类提供更高素质的医疗服务。
仿生医学在生命科学的发展中有深远的意义。
利用仿生学的原理,医学科学家可以设计新型的仿生医疗产品,如仿生人工关节、仿生人工脏器等,为病人提供更加个性化的治疗方式。
三、仿生学的发展趋势1.深化材料仿生学的研究随着仿生学的深入研究和发展,仿生材料技术也得到了飞速发展。
材料仿生学是仿生学的重要分支之一,它的发展有着广泛的应用前景。
从仿生机器人,到仿生医学产品,再到仿生建筑材料,材料仿生学将会为人类带来一个全新的世界。
2.集成化技术是未来发展方向在仿生学的发展中,集成化技术和跨学科合作受到越来越多的关注。
这种技术包括微纳技术、智能化技术和光学技术等。
集成化技术可以将不同领域的技术集合在一起,达到更高的效率和更好的综合结果。
3.研究复杂系统理论仿生学的理论研究中,复杂系统理论是一项重要的研究内容。
复杂系统理论不仅可以帮助我们更深入地研究生物学,而且也可以让我们更好地理解人类社会和自然环境。
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仿生学的发展及应用摘要:仿生学科的出现发展已经有将近60年的历史,在这期间仿生学得到了快速的发展,并对人类生活产生了各方面的影响。
本文介绍了从古到今仿生学的发展历程及今后仿真学的发展趋势。
并对不同领域内仿真学的应用做了简要的介绍和举例,从而更好的了解认识仿真学。
关键词:仿真学;发展;应用引言地球上的生物在经历了漫漫的进化之后,到现在人类已知的已经有170多万个物种,科学家推测世界上的物种大约在500-1000万种之间甚至更多。
生物为了求得生存和发展,在进化中逐渐形成了各自适合自身的形态结构及生命系统等。
不同的物种都各自有着自身的特点,人类在进化发展的过程中,对这些特点的应用就是仿生学最初的起源。
自古以来,自然界就是人类各种科学技术原理、重大发明的源泉。
在500万年的进化中,人类不断模仿自然,提升生产能力,才有现在人类社会的发展程度。
而这种行为,在现代社会催生出了一门科学——仿生学。
仿生学是一门综合性的,由生命科学和工程技术相互结合而产生的新技术,在现代社会广泛应用于军事、医疗、工业和日常生活等多个领域。
了解仿生学的发展过程,清楚仿生学在各个领域的具体应用,对于研究仿生技术,进一步促进仿生学的发展有着重要的意义。
仿生学诞生前的发展及应用仿生学的发展可以追溯到人类文明的早期,人类文明的形成过程中不自觉的对仿生学的应用,这些应用仍旧停留在比较原始的阶段,由于环境的恶劣,人类不得不从自然界的其它生物及自然现象中学习从而保证自己的生存。
因此,从远古时代起,人们实际上已经就已在从事仿生学的工作[1]。
例如,人类现在仍在使用的工具:锯子,相传是中国古代的春秋战国时代,鲁班上山伐木途中,手指为锯齿草划破,从而受到启发,经反复实践,终于制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯[2]。
古代人类就有着想要利用工具飞翔的期望,自古以来就有很多人模仿鸟类制作出许多“飞行器”,但是由于科学发展的程度不够,都没有成功。
直到1903年12月17日,美国人莱特兄弟发明并成功试飞了人类历史上的第一台飞机。
以上两个例子都是人类发展中仿生学的应用,然而这些发明等都只是科学史上各自独立的发展成果,并未联系起来成为一门真正独立的学科。
因此,虽然仿生学的应用很早就已经出现,但是仿生学真正意义上的被发现,被定义在20世纪40年代以前都没有出现过。
图1 锯齿草和莱特兄弟飞机仿生学的建立及发展20世纪40年代,科学技术的发展和新理论的提出,人们开始机器和生物联系到一起,认识到两者之间存在着某种关系。
紧接着一些科学家们明确的指出了生物和工程技术在某种程度上的联系统一,但是仿生学的清晰概念仍旧没有出现。
直到1960年,在美国召开了有史以来第一届仿生讨论会,在20世纪50年代已成为一门独立学科的“仿生学”,在这次会议上被正式命名,会上J.E 斯蒂尔少校将这门学科正式定名为“仿生学”,仿生学的概念由此出现。
斯蒂尔博士给它下了这样一个定义:“仿生学是模仿生物系统的原理以建造技术系统,或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学”,简单一句话,仿生学就是“模仿生物的科学”[3]。
随着现代科学技术的不断发展,仿生学的概念也被不断完善和更改,逐渐形成现在的仿生学体系。
实质上看,仿生学的诞生带给人类的是创新的理念与方法,即向生命系统学习的理念,模拟生命系统的方法。
使人类从一个崭新的视角透视世界,发现前人未发现的事物,实现科学技术的原始创新,这是其他科学无法比拟的优势。
从仿生学诞生到20世纪70年代初期,美、俄(前苏联)等许多国家都曾对仿生学知识进行过广泛宣传,大量的知识性文章和书籍相继出版。
仿生学方面的学术论文,纷纷在各学科的学报和杂志上发表,每开过一次仿生学学术会议,立即就有篇幅很大的会议录问世。
所有这一切工作,都为人们深入了解这门新兴的边缘学科做出了积极的贡献。
20世纪90年代初,各国都在为发展仿生学这门交叉学科的基础研究作精心长期的计划准备。
从90年代至今,人们借助仿生学的研究理念与方法,在自然科学与社会科学领域内取得了丰硕的研究成果。
仿生学的现状及发展趋势当前,仿生学的研究和应用在国内外都得到了极大的关注,得到了蓬勃的发展。
科学家们正带着自动控制、能量转换、信息处理、力学模式和材料构成等大量技术难题,到生物系统中去寻找启迪。
机器人技术的发展很好地体现了仿生应用的理念。
早期的机器人主要是模拟人的重复性劳动,替代人完成重复的运动和力学行为,如汽车安装机器人。
这类在常规环境下工作的机器人已经成熟。
仿生机器人的研制始于上世纪90年代,只有十多年的历史,然而进展迅速,特别是美国、日本等发达国家的研究工作走在了世界前列,非常规环境下工作的仿生机器人已成为机器人技术领域的重要发展方向[4]。
图2 仿生机器人仿生学的发展对各行各业都有着重要的意义,同时对于各科学领域都有着不同程度的相互促进作用。
近年来生命科学的发展拓宽和加深了仿生领域,极大地促进了仿生学的发展。
反之仿生学的发展也促进生物科学的发展。
例如:动物运动的人工诱导和神经工程学的建立。
仿生学问题很多来自于工程和技术的难题和需要,人类对自然的仿生不是简单意义上的模仿,而是根据人类的认知和工程与技术需要对自然主动同化和建构。
仿生学和工程技术相互融合,相互影响,互相促进,使一些梦想成真。
控制论(Cybernetics)提出者维纳认为,“在已经建立起的科学部门间的无人的空白区上,最容易取得丰硕的成果”[5]。
交叉学科的仿生学最容易取得丰硕的研究成果。
仿生学随着科技与经济的发展而发展,也必将极大地推动未来学科和经济的发展。
未来仿生学的发展应该是会聚着多种技术于一体的,如纳米技术、生物技术、信息技术和认知技术等。
同时,仿真学将不仅仅是限于工学方面的技术学科,在经济学领域、社会学领域等也都有着重要的借鉴意义。
仿生学的应用前文已经说过仿生学涉及生活中的方方面面,如前文中的锯子、飞机、汽车安装机器人和仿生机器人等等。
下面就仿生学的应用在不同领域内举一些较为典型的应用。
医学上的应用:随着科学技术的发展,人类在面对以前束手无策的各种疾病时,不再是毫无办法的。
现代医学中,仿生技术的应用解决了许多的医学难题。
例如科学家们研制出的直径2mm的微芯片,可以植入人眼的视网膜内,从而极大的改善视觉残疾患者的视力。
还有目前使用广泛的人工耳蜗,人工耳蜗可以使听觉障碍的患者不再受病情的影响,人造的电子声音感受器替代损伤的毛细胞,按音调定位的被植入内耳的耳蜗上。
同时还有现在经常被使用的心脏支架等仿生技术都极大的改善了人们的生活。
可以想象,当仿生技术发展到一定程度之后,甚至可以仿制人体身上的各种器官,称之为医学界的革命都不为过。
图3 人工耳蜗建筑学的应用:在建筑学上,仿生学有着专门的名称——建筑仿真学。
建筑仿生学,顾名思义,它与生态理念有着紧密的联系。
它是仿生学的一个分支,它从仿生学的角度出发来研究建筑,模拟其活动、感知、调整、控制过程然后开发相应的建筑技术,从而致力于解决建筑和城市规划方面的某些问题,协调建筑和环境的关系,创造出与自然融为一体的生态建筑,以保持生态平衡。
建筑学中仿生的应用比如可控式遮阳技术,通过在建筑表面安装传感器来感知温度变化,模仿人的皮肤对于外界温度的变化而最初的反映来调节建筑内部的温度。
同时,仿生学为建筑结构带来智能性和技术美,突破了传统意义上结构坚固、不可移动性。
圣地亚哥•卡拉特拉瓦的建筑正是运用用仿生学,将自然界的有机生物体成为他的创作源泉。
其作品通过部分结构构件的可活动性,达到建筑形态的动态效果,发掘建筑潜在的机械潜质。
军事上的应用:仿生学的出现,对军事领域产生了极大的影响。
用仿生技术也随之渗透到军事各个领域,由盲目、被动模仿发展到自觉、自主的仿生,由单个模仿发展到系统仿生,从局部仿生发展到了全面仿生。
对军事作战产生重大影响。
例如,通过研究鲨鱼的非光滑减阻表皮,研制出了一种和杀于远行高度一致的材料,这种材料的应用实现了表面减阻能力的大幅提升,为有效提高战斗机等武器装备航程、航速提供了技术支持。
在军事中应用较广泛的雷达系统,其原理就是超声波的传播,而这就是通过生物比如蝙蝠的能力而研制出来的。
生物材料、生物结构的多尺度微纳结构特征是导致其优异功能的主要因素,往往会产生出军事领域所需要的新效应、新效能,如蝴蝶翅膀鳞粉光子效应可用于隐身;荷叶疏水的多级微纳结构可用于减阻自洁。
为获得与生物材料、生物结构一样的新效应、新效能,发展仿生材料制造技术。
满足多尺度复杂微纳结构成形制造要求,就成为仿生材料发展的核心关键。
图4 蝙蝠和雷达其它应用:现代仿生学已经延伸到很多领域9机器人学是其主要的结合和应用领域之一9这方面的研究引起各国相关研究人员和专家的极大兴趣和关注9取得了大量可喜成果和积极进展9可归纳为机器人的结构仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生以及群体仿生五个方面。
例如蛇形机器人,由于蛇类的身体特点,使其能够在各种复杂环境下自由穿行,因此,蛇形机器人在灾后救援等情形中有着重要的作用;仿生生物的特性研制出新型的材料,如北京奥运会游泳项目中使用的泳衣就是仿生鲨鱼表皮研制的新材料,并且由于这种泳衣的使用,北京奥运会上打破了多项记录;人的四肢是由骨骼、肌肉、关节以及韧带组成的多关节弹性结构。
这种结构确保人体能够灵活运动完成复杂动作,对人体的仿生以及拟人机器人的研究是仿生机器人领域的最高目标。
结语21世纪,人类的科学技术将高度发展,要解决许多复杂生物的仿真这样的科学难题,必须向自然界学习,从自然界为人类提供的丰富多彩的实例中寻求解决问题的途径。
通过对自然界更完美的学习、模仿、复制和再造。
发现和发展相关的理论和技术方法,,这正是机器人仿生学的研究任务和发展趋势。
综上所述,透视仿生学的发展轨迹,可以清晰地看出,仿生学的发展趋势已渗透到人类社会的多个领域,远远超出了仿生学诞生时所界定的范畴,这也反映了该门科学的强大生命力。
仿生学的重大贡献表现在源头创新的研究理念与方法。
可以预测:仿生学的研究理念与方法能在未来多项领域得到应用并取得突破性的研究成果。
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