仿生设计的历史
仿生科学
象⋯⋯
1)经过35亿年进化的生物世界是技术创新不可 替代、取之不竭的知识宝库和学习源泉； 2)仿生学是诸多学科的交叉，需要生命科学家 和多学科技术科学专家的共同关注与参与； 3)仿生科学有无止境的前沿，正向微观、系统、 智能、精细、洁净方向发展； 4)重视并创新仿生学，是提升科学技术原始创 新能力的一个重要方向。
现状和前景
国内许多科研机构和大学都相继成立了仿 生学研究所和研究室。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。 哈尔滨工程大学研发出有八只脚、二十四 个自由度的多足机器人，可模仿神经网络 系统遥控其爬行；
日本展出的女机器人在皮肤、步态等方面 已达到了乱真的程度； 东京工业大学广濑教授等研制的机器蛇从 1992年的ACMR1陆地型发展到2005年的 ACM—R5水陆两栖型；
二、Defination of Bionics (仿生学的定义)
起源： 仿生学（Bionics）这个名词来源 于希腊文“Bion”，其含意是生命的单位； 20世纪60年代， Bionics---Biomimetics---Bio-inspired Science
定义：研究生物系统的结构、形状、原理、 行为以及相互作用，从而为工程技术提供 新的设计思想、工作原理以及系统构成的 技术科学，是一门生命科学、物质科学、 信息科学、脑与认知科学的交叉学科。
“管理仿生学”、“经济仿生学”的前沿 地位首次由国内权威专家确认。这为仿生 学研究扩展到社会科学领域提供了强有力 的支持，突破了过去仿生学研究仅限于自 然科学领域的范畴。
1990年至今，仿生学的研究地位已上升 到国家安全战略需要的高度；研究范围既向 基因组、蛋白结构等分子水平方向发展，也 向管理、经济等宏观方向发展；既向自然科 学领域内的多个方面发展，又向社会科学领 域渗透。呈现出了全球竞争、文理并进的发 展态势，全面体现了仿生学在科学与技术研 究中的源头创新作用。
仿生设计知识点总结
仿生设计知识点总结引言仿生设计是一种源自生物学的设计方法，通过模仿自然界生物体的结构与功能，来解决人类自身工程技术领域中的问题。
仿生设计已经成为一项重要的交叉学科，融合了生物学、工程学、材料科学等多个学科的知识和技术，为我们带来了许多创新的设计理念与方法。
本文将对仿生设计的基本概念、发展历程、应用领域、关键技术等方面进行深入分析和总结，以期为读者提供系统全面的了解和认识。
一、仿生设计的基本概念1. 什么是仿生设计？仿生设计，顾名思义，是指从生物学中得到灵感的设计过程。
它是一种以生物体结构和功能为模板的设计方法，旨在通过模仿自然界中已经经过漫长演化而得到的有效解决方案，来解决人类在工程技术领域中遇到的问题。
仿生设计的本质是对自然的理解与模仿，以达到更高效率和更好效果的设计目的。
2. 仿生设计的特点是什么？（1）以生物体为蓝本：仿生设计的基本思想是通过生物体的结构、功能和适应性作为设计的灵感来源。
从而在解决问题时，能够更加贴近自然和有效率。
（2）跨学科综合：仿生设计是一种跨学科综合性的设计方法，融合了生物学、工程学、材料科学等多个学科的知识和技术，能够为解决复杂问题提供更加全面的视角和更加有效的方法。
（3）充分利用自然有效性：生物体经过漫长的演化过程，其结构与功能已经被自然界验证为相对有效的解决方案。
因此，仿生设计能够利用自然界已经验证有效的设计方案，减少设计过程中的试错。
二、仿生设计的发展历程1. 仿生设计的起源仿生设计的概念最早可以追溯到古希腊时期，古希腊哲学家亚里士多德对大自然的研究成果，以及古希腊建筑师和艺术家们对自然界的模仿、借鉴与创新。
此外，古代中国、古印度和古埃及等文明也都有着对自然的深刻观察与模仿，从而为后世的仿生设计提供了最早的参照点。
2. 仿生设计的发展历程（1）18世纪至19世纪：工业革命后，人类对自然界的模仿、借鉴和创新成为了一种重要的研究方向。
此时期出现了一大批对自然现象和生物体进行模仿的发明创造，如热能机的发明、模仿自然飞行器的造型等。
仿生学的资料
仿生学的资料近年来，随着科技的发展和人类对于自然生物的研究深入，仿生学这一学科逐渐走进人们的视野。
仿生学是一门研究生物世界中植物和动物的生理、结构、功能和生态特性的新兴学科，它的研究对象是生命体的生理、结构、功能、行为、生态等方面，通过模拟、仿制、优化生物的结构、功能、特性，研究如何优化技术问题，并借鉴自然的设计原则和策略，使得机器、设备、系统等具有更出色的性能与适应性，以期达到高效、可靠、可持续的目的。
因此，它一直被划分为一个强调跨学科合作和融合的多学科学科，涉及机械、电子、光学、信息等多个学科领域。
1、仿生学的起源与历史中国古代文化有“物以类聚”的思想，所以仿生学的稳健性和古老性是不言而喻。
早在古希腊时期，亚里士多德就提出了“自然界中的关键原则应该作为机器和工具的基础”这一理念。
直到20世纪初期，在德国与英国的研究中，仿生学的基础概念和模式开始了创始性的、学术性的研究。
直到现代生物技术的发展，仿生学才在独立体系内取得了重大进展，成为了涵盖诸多学科的新兴学科。
目前，仿生学在生态环境监测、工程与制造等方面都有很大的应用前景。
2、仿生学的主要研究领域(a)机械机器人机械机器人的主要目标是让它们具备现实环境的功能和灵活性。
它可以灵活地在任何非结构化环境下进行任务的执行，例如遥控器、机械臂、无人车、特种兵的装备，甚至正在开发的无人机。
采用仿生设计制作的机器人还具有优化定位、充电、制图等方面优势。
(b)电子信息处理领域人们从脑神经科学的原理中得到启发，通过仿生学继续研究，制造更加健壮耐用和智能的电脑，电子器件和计算机。
这方面的应用比较多，但是需要注意使用的安全性和可操作性。
(c)光学领域光学领域的仿生学应用相对比较小，但是已经取得了一些进展。
仿生学的技术可以制作光学元件并帮助实现数字成像，光纤通信和太阳能电池等领域。
(d)工业与航空领域计量学、机械领域、生化学等技术的突破，证明了在这两个领域，仿生学是一个科学开发的催化剂。
仿生学的例子大全
仿生学的例子大全1、苍蝇讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪，试试被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。
2、水母水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。
3、源于“叶”的灵感3.1 叶形的启示相传春秋战国时代(公元前450-500年)的鲁国工匠鲁班，在上山伐木途中，手指被茅草划破，他仔细观察发现，原来茅草叶子两边长着锋利的锯齿，于是受到启发。
经反复实践，制成人类史上第一架带有锯齿的木工锯。
3.2 叶脉的启示浮水植物王莲有“水中花王”之称。
一个体重35kg 的人坐在上面也不会下沉。
原来王莲圆形叶片的直径可达1~2.5m，背面有许多相互交错的叶脉骨架结构，里面还有气室使得叶子稳定地浮在水面。
受叶脉支撑作用的启发，英国著名建筑师约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一座顶棚跨度很大的展览大厅──“水晶宫”，它既轻巧、雄伟又经济耐用，不仅成就了1851年的第一届世博会，也为近现代功能主义建筑构建了雏形。
3.3 叶序的启示德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。
这种粗糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗。
模仿莲叶的自净原理，人们开发出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。
这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。
此外，叶面形状也启迪了人们的思维。
椰子树很高，叶片巨大，但每遇飓风和暴雨也很少被折断。
研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力。
据此，建筑师设计出了结构薄、面积大的楼房顶棚、薄状石棉板等。
4、源于“茎”的灵感4.1 节与节间的启示禾本科植物竹子，其竹节处有横隔相连，与竹身构成一个整体，这对中空细长的竹竿的刚度和稳定性，可以协调变形，共同参与抗弯作用，这对于中空细长的竹竿的刚度和稳定性很有意义。
仿生建筑发展历史论文
仿生建筑发展历史论文仿生建筑是一种借鉴自然界的生物结构和功能原理，应用于建筑设计与建设中的新兴理念。
它将生物学与建筑学结合，利用自然界的智慧和技巧来创造更加环保、高效和人性化的建筑空间。
仿生建筑的发展历史可以追溯到古代的某些建筑，通过对自然界的观察和模仿，人们开始将自然中的设计原理应用于建筑之中。
随着科学技术的不断进步，仿生建筑逐渐成为了一个热门话题。
20世纪后期，一些先锋建筑师开始尝试将仿生学原理应用于建筑设计中。
他们深刻地研究了自然界中的各种生物结构，并尝试将这些结构融入到建筑当中，从而实现了更加环保和高效的建筑形式。
随着对可持续发展理念的日益重视，仿生建筑的概念逐渐被推广和普及。
建筑师们不断探索各种新的技术和材料，试图利用仿生学原理来打造更加智能、环保和舒适的建筑空间。
同时，仿生建筑也开始受到各界的广泛关注和认可，逐渐成为了建筑设计的一个重要方向。
在21世纪，随着科技的不断进步和环境问题的日益严峻，仿生建筑的发展进入了一个新的阶段。
越来越多的建筑师和科研人员开始将仿生学原理与先进的技术结合起来，致力于打造更加智能、高效和环保的建筑。
通过对自然界的深入研究和模仿，他们不断探索出各种新的建筑设计思路和构造方法，为人类创造出了更加宜居和可持续发展的建筑空间。
总的来说，仿生建筑作为一个新兴的建筑理念，正逐渐改变着我们对建筑的认知和理解。
它不仅为我们提供了一种全新的建筑设计思路，更重要的是，它将为未来的建筑发展带来巨大的潜力和可能性。
相信随着科技的不断进步和人类对自然界的深入理解，仿生建筑将会在未来的建筑领域发挥着越来越重要的作用。
随着人们对环境可持续性和绿色发展的追求，仿生建筑也正逐渐成为了未来建筑发展的重要趋势。
通过仿生建筑理念的应用，建筑可以更好地适应自然环境，实现资源的有效利用，并减少对自然环境的破坏。
同时，仿生建筑还可以为人们创造更加健康、舒适的生活和工作环境，提高建筑的使用价值和社会效益。
仿生设计学
仿生设计-概述仿生设计学，亦可称之为设计仿生学（DesignBionics），它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。
仿生设计学研究范围非常广泛，研究内容丰富多彩，特别是由于仿生学和设计学涉及到自然科学和社会科学的许多学科，因此也就很难对仿生设计学的研究内容进行划分。
仿生设计仿生设计学与旧有的仿生学成果应用不同，它是以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计，同时结合仿生学的研究成果，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途径。
在某种意义上，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展，是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。
仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。
自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。
生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。
人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿。
人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
仿生设计-研究内容仿生设计学是仿生学与设计学互相交叉渗透而结合成的一门的边缘学科，其研究范围非常广泛，研究内容丰富多彩，特别是由于仿生学和设计学涉及到自然科学和社会科学的许多学科，因此也就很难对仿生设计学的研究内容进行划分。
这里，我们是基于对所模拟生物系统在设计中的不同应用而分门别类的。
归纳起来，仿生设计学的研究内容主要有：仿生设计1、形态仿生设计学研究的是生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在（如日、月、风、云、山、川、雷、电等）的外部形态及其象征寓意，以及如何通过相应的艺术处理手法将之应用与设计之中。
2024年仿生科技模仿自然融入人类生活
仿生科技对气候变化的应对
仿生科技可以模仿自然生态系统，提高环境适应能力 仿生科技可以模仿自然生物的代谢过程，减少碳排放 仿生科技可以模仿自然生物的生式，促进生物多样性保护
仿生科技的发展阶段
初级阶段：20世纪40年代至60年代，主要研究生物系统的结构和功能 中级阶段：20世纪70年代至90年代，开始尝试将生物原理应用于工程技术 高级阶段：21世纪初至今，仿生科技逐渐融入人类生活，如人工智能、生物医学等 未来阶段：预计到2024年，仿生科技将在更多领域得到应用，如环保、能源、交通等
仿生科技的未来发展方向与趋势
仿生科技将更加注重环保和可持续发展，模仿自然生态系统的循环和再生能力。 仿生科技将更加注重人机交互和智能化，模仿人类大脑和神经系统的智能和灵活性。 仿生科技将更加注重个性化和定制化，模仿人类个体的独特性和多样性。 仿生科技将更加注重跨学科和跨领域的合作与创新，模仿自然生态系统的多样性和复杂性。
恢复生态平衡： 仿生科技可以 模仿自然生态 系统的生态平 衡，恢复被破 坏的生态环境。
仿生科技在节能减排方面的应用
仿生科技可以模仿自然生物的节能机制，如鸟类的飞行、鱼类的游动等，从而降低能源消耗。
仿生科技可以模仿自然生物的减排机制，如植物光合作用、微生物降解等，从而减少污 染物排放。
仿生科技可以模仿自然生物的适应性，如变色龙对环境的适应、蝙蝠对声音的感知等， 从而提高能源利用效率。
仿生机器人在医疗领域的应用
康复机器人：帮助患者进行 康复训练，加速恢复过程
护理机器人：提供护理服务， 减轻医护人员工作压力
手术机器人：辅助医生进行 精确手术，提高手术成功率
古代仿生的例子
古代仿生的例子
在古代，人们通过观察自然界中的生物，从中获得灵感，并应用于生产和生活中，形成了许多仿生学的例子，比如：
- 薄壳建筑：龟壳的背甲呈拱形，跨度大，虽然只有2毫米的厚度，但就算使用铁锤敲砸也很难破坏它。
建筑学家模仿龟壳的结构进行了薄壳建筑设计，其优点是用料少、跨度大、坚固耐用，悉尼歌剧院和中国国家大剧院就是很好的例子。
- 锯子：传说鲁班因为被草叶划破手指获得灵感，从而发明了锯。
但根据考古发现的事实是，古代埃及人大概早在公元前4000年时，就已拥有锯子。
中国早在夏朝（公元前2205—前1766）就已经发明了锯子，和古埃及同时。
- 屋顶：蛋壳呈凸曲面，凸曲面能把外力沿着曲面均匀地分散开来，避免应力集中。
因此，能抵挡很大的外来压力。
- 电视塔：云杉为适应山上长年累月的狂风袭击，树干底部显著增粗，形成圆锥形。
人们模仿云杉对大风的适应，把建造在风速达80米/秒山顶上的电视塔设计成类似圆锥体，就能抵抗住大风袭击。
这些仿生学的例子都是古代人们智慧的结晶，对现代技术的发展也产生了深远的影响。
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一、仿生设计的历史
自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。
生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。
人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿。
人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
在我国，早就有着模仿生物的事例。
相传在公元前三千多年，我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢，以防御猛兽的伤害。
我国古代劳动人民对于绚丽的天空、翱翔的苍鹰早就有着各种美妙的幻想。
根据秦汉时期史书记载，两千多年前，我国人民就发明了风筝，并且应用于军事联络。
春秋战国时代，鲁国匠人鲁班，首先开始研制能飞的木鸟；并且他从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示而发明了锯子。
我国古代劳动人民对水生动物——鱼类的模仿也卓有成效。
通过对水中生活的鱼类的模仿，古人伐木凿船，用木材做成鱼形的船体，仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹，由此取得水上运输的自由。
后来随制作水平提高而出现的龙船，多少受到了不少动物外形的影响。
外国的文明史上，大致也经历了相似的过程。
在包含了丰富生产知识的古希腊神话中，有人用羽毛和蜡做成翅膀，逃出迷宫；还有泰尔发明了锯子，传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。
一八ОΟ年左右，英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利，模仿鳟鱼和山鹬的纺锤形，找到阻力小的流线型结构。
在一战期间，人们从毒气战幸存的野猪身上中获得启示，模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具。
青蛙是水陆两栖动物，体育工作者就是认真研究了青蛙在水中的运动姿势，总结出一套既省力、又快速的游泳动作——蛙泳。
为潜水员制作的蹼，几乎完全按照青蛙的后肢形状做成，这就大大提高了潜水员在水中的活动能力。
二、仿生设计学的研究内容
1、形态仿生设计学
研究的是生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在（如日、月、风、云、山、川、雷、电等）的外部形态，如何通过相应的艺术处理手法将之应用与设计之中。
2、功能仿生设计学
主要研究生物体和自然界物质存在的功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统，以促进产品的更新换代或新产品的开发。
荷叶出污泥而不染，历来为世人所称赞，人们利用这种“荷叶效应”，研制出各种自洁净、防污渍材料和涂料，如自洁净玻璃，还有利用自洁净技术生产出的涂层涂覆在水龙头、门窗等不会沾上手印及污渍等。
（在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。
在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。
萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。
因此，生物光是一种人类理想的光。
）
3、视觉仿生设计学
研究生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理，以及相应的视觉流程
4、结构仿生设计学
主要研究生物体和自然界物质存在的内部结构原理在设计中的应用问题，适用与产品设计和建筑设计。
研究最多的是植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构。
如：建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑
三、在立体形态设计中运用仿生学的必要性
1、自然界中无数的有机生命，在其进化的过程中逐渐形成了符合形式美法则的结构、形态、色彩与图形，在它们的生长与活动的过程当中的某些瞬间也呈现出了令人叹为观止的优美造型。
2、仿生形态所具有的特定内涵满足了现代人类对产品的各种心理与精神方面的高级需求，这主要表现在以下几点：
①源于自然、取于自然的仿生形态的产品在某种程度上迎合了人类向往自然的渴望。
②通过模仿生物形态而创造出的产品具有真实的亲和力，能够满足现代人追求轻松、幽默、愉悦的心理与精神需求。
③通过模仿生物生长或活动瞬间的形态，使产品充满着生命的活力，从而激发人们积极向上的生活态度，唤起人们热爱生活、珍惜生命的情感。
四、运用仿生设计学的具体方法
在设计领域中，仿生学的具体运用方法有其自身的特点，按不同的角度或不同的目的划分，会获得不同类型的仿生方法。
1、按生物所属种类来划分，有5种仿生方法：
A 动物仿生，即通过模仿动物的各种特征来设计产品。
B 植物仿生，即通过模仿植物的特征来设计产品。
C 人类仿生，即通过模仿人类自身的肢体语言进行产品设计。
D 微生物仿生，与前4种相比，该仿生方法在工业设计中用得非常少。
实际上自然界存在着大量的微生物，其中也不乏完美的微观形态，因此，模仿微观形态也是工业设计仿生学的一个具有现实意义的研究方向。
2、按生物系统特征来划分，有3种仿生方法
A 形态仿生，即通过模仿生物的形态来设计产品，这是工业设计最主要的一种仿生方法。
B 装饰仿生，即把生物系统天然的色彩、纹理、图案直接或打碎重组后间接应用到产品的色彩计划和表面装饰中。
C 结构仿生，自然界中的许多生物具有非常精致、巧妙、合理的结构，设计师通过对这些结构的模仿，可以创造出能为人类的生活提供极大方便的产品。
3、按模仿的逼真程度可分为具象仿生和抽象仿生
A 具象仿生是指产品的造型与被模仿生物的形态比较相像。
通常这类产品都会具有可爱与趣味性的外观，能为生活增添乐趣。
因此，在为儿童设计的产品中，该仿生方法用得比较多。
B 抽象仿生是指首先对被模仿生物的形态或色彩进行概括、精炼，提取出最能代表该生物特征的元素，并进行适当的变形后用于产品的形态设计或表面装饰，使产品具有某种象征意义。
4、按模仿的完整性可分为整体和局部仿生
A 所谓整体仿生是指对生物的整个形态进行比较完整的模仿，这是比较常见的仿生方法。
B 局部仿生可分为两种情况，一种是在产品设计中只模仿生物的局部形态，另一种是在产品的局部位置采用仿生法进行造型设计。