仿生学与仿生技术ppt课件.ppt

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1、1、仿生学的产生、仿生学的产生 1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志； 由美国科学家斯蒂尔提出，定义为由美国科学家斯蒂尔提出，定义为Bionics。解释为：。解释为： 以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统科学。物系统方式工作的系统科学。 2、典型实例、典型实例（1）木工的锯）木工的锯（2）车轮）车轮（3）武术）武术（4）声纳、视觉等）声纳、视觉等3、仿生学研究的范围、仿生学研究的范围 结构仿生结构仿生：机器鱼、机器狗、机器蛇等：机器鱼、

2、机器狗、机器蛇等3、仿生学研究的范围、仿生学研究的范围 Sony Company3、仿生学研究的范围、仿生学研究的范围 Sony Company3、仿生学研究的范围、仿生学研究的范围 Sony Company 材料仿生材料仿生 材料仿生即从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作，通过对生材料仿生即从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作，通过对生物体材料构造与形成过程的研究及仿生，使材料具有特殊的强度、韧性以及物体材料构造与形成过程的研究及仿生，使材料具有特殊的强度、韧性以及一些类生物特性。如仿生皮肤、人造肌肉以及一些集传感、控制、驱动三种一些类生物特性。如仿生皮肤、人造肌肉以及一些集传感、控制、

3、驱动三种功能于一身的智能材料。用于机器人驱动、传感等领域有功能于一身的智能材料。用于机器人驱动、传感等领域有: 形状记忆合金、形状记忆合金、电致流变流体材料、磁致流变流体材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、光电致流变流体材料、磁致流变流体材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、光导纤维和功能凝胶等。导纤维和功能凝胶等。 功能仿生功能仿生 功能仿生的目的是使仿生机械能够使实现或部分实现动物丰富的功能功能仿生的目的是使仿生机械能够使实现或部分实现动物丰富的功能, 如思如思维、感知、运动及操作等。大脑功能仿生、感知仿生、运动仿生都是智能机器人研究维、感知、运动及操作等。大脑功能仿生、感知仿生、运动仿生都是智

4、能机器人研究的重要内容。的重要内容。大脑功能仿生：大脑功能仿生：力求用仿生芯片代替脑部的特定功能区，实现大规模并行信号处理力求用仿生芯片代替脑部的特定功能区，实现大规模并行信号处理, 如数据存储、分类、识别等。这项技术可用于脑损伤的治疗如数据存储、分类、识别等。这项技术可用于脑损伤的治疗, 也为未来仿生脑的出现也为未来仿生脑的出现奠定基础。奠定基础。此外，情态是大脑思维的重要表现此外，情态是大脑思维的重要表现, 对情态的仿生还将大大提高人机交互的友好与融对情态的仿生还将大大提高人机交互的友好与融洽。洽。 功能仿生功能仿生 感知仿生：感知仿生：感知系统是生物体的信息输入通道感知系统是生物体的信息

5、输入通道, 对生物体的行动、决策具有重要作对生物体的行动、决策具有重要作用。对动物视觉、听觉、触觉等感知功能的研究用。对动物视觉、听觉、触觉等感知功能的研究, 有助于工程问题的解决。主要包括有助于工程问题的解决。主要包括视觉仿生，导航与规划能力的仿生；听觉、触觉仿生；仿生人造皮肤等。视觉仿生，导航与规划能力的仿生；听觉、触觉仿生；仿生人造皮肤等。运动仿生运动仿生：人们模仿自然界中动物的运动方式和相应的运动器官人们模仿自然界中动物的运动方式和相应的运动器官, 实现机器人的运实现机器人的运动功能。迄今为止，机器人所采用的运动方式主要有：轮式、履带式、足式、蠕动式、动功能。迄今为止，机器人所采用的运

6、动方式主要有：轮式、履带式、足式、蠕动式、振动冲击式、泳动式、飞行式等。振动冲击式、泳动式、飞行式等。 控制仿生控制仿生 控制仿生包括：控制仿生包括：高级神经系统仿生、低级神经系统仿生、进化机制的仿生。高级神经系统仿生、低级神经系统仿生、进化机制的仿生。模仿动物高级神经系统机理实现控制的方法主要有两种：人工神经网络、模糊控制；模仿动物高级神经系统机理实现控制的方法主要有两种：人工神经网络、模糊控制；而低级神经系统仿生体现为行为控制和中心模式发生器。进化机制的仿生主要是模拟而低级神经系统仿生体现为行为控制和中心模式发生器。进化机制的仿生主要是模拟生物界生物界“优胜劣汰，适者生存优胜劣汰，适者生存

7、”进化法则而产生的遗传控制算法，它特别适用于非线进化法则而产生的遗传控制算法，它特别适用于非线性复杂大系统的全局优化。性复杂大系统的全局优化。 群体仿生群体仿生 生物社会行为的仿生系统，建立多机器人协调系统，研究多机器人生物社会行为的仿生系统，建立多机器人协调系统，研究多机器人系统中单体机器人的行为及其与群体的相互作用。系统中单体机器人的行为及其与群体的相互作用。4、 仿生学的定义仿生学的定义： 仿生学是生物学、数学、物理学、计算机科学和工程技术学等多学科仿生学是生物学、数学、物理学、计算机科学和工程技术学等多学科相互渗透、交叉而形成的一门新学科。它主要研究生物的结构和性质、能量相互渗透、交叉

8、而形成的一门新学科。它主要研究生物的结构和性质、能量转换和信息传递，从而来改善现有的机械、仪器、建筑结构和工艺过程，为转换和信息传递，从而来改善现有的机械、仪器、建筑结构和工艺过程，为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。 目前，仿生学的研究主要集中在感觉器官的模拟、大脑神经细胞、神目前，仿生学的研究主要集中在感觉器官的模拟、大脑神经细胞、神经网络的模拟、动物定位、导航功能的模拟、生物力学和生物化学的模拟等经网络的模拟、动物定位、导航功能的模拟、生物力学和生物化学的模拟等方面。方面。 5、 研究动态研究动态 1）仿生机器人的研究动态仿生机器人的研究动态.doc2）20041217_sony.mpeg3）20041215_asimo.mpeg5、 研究动态研究动态 4）chiba1.mpg5）chiba2.mpg6）jump_soft_5-2.mpg6、 其他其他1）吴玉禄吴玉禄.mpg6、 其他其他2）FURO