《眼睛与仿生学》课件.ppt
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1、什么是仿生学? “仿生学”正式诞生于1960年。距今2300多年前墨子和他的300弟子,花了三年时间,造了一只“会飞的木鸟”,同时间希腊阿奇卡也制成一只“机械鸽子”。东汉时,张衡制成一架能飞数里的“木雕”。大约一千九百多年前西汉京都长安有人用大鸟羽制两翼绑在双臂上能飞(滑翔)几百步。 结论:仿生学是在生物科学与技术科学之间发展起来的,他的任务是用生物体结构与功能的原理,去改善现有的或创造新型的机械系统、仪器设备、建筑结构和工艺过程。 自古就有许多中外人士模仿鸟类飞行试制飞行器,但都不成功。原因在于不了解鸟类的形态构造和生理机能适于飞行的科学原理;又不了解人不具备飞行的生理条件,人要上天,必须依
2、靠机械动力才可能。一直到了公元1903年美国莱特兄弟发明了飞机,人类从此实现了几千年来梦寐以求的飞上天空的愿望。 人类飞上天空的例子,说明了仿人类飞上天空的例子,说明了仿生学的诞生有它的漫长历史,必须生学的诞生有它的漫长历史,必须在科学发达的前提下才能诞生。仿在科学发达的前提下才能诞生。仿生学是一门新兴不久的科学,是生生学是一门新兴不久的科学,是生物学、数学和工程技术学边缘的一物学、数学和工程技术学边缘的一门崭新学科。门崭新学科。 目前仿生学已经成为现代发展新技术的重要途径。其研目前仿生学已经成为现代发展新技术的重要途径。其研究范围已发展有:究范围已发展有: 一、感觉器官模拟一、感觉器官模拟目
3、前以眼、耳、鼻三种器官为主。目前以眼、耳、鼻三种器官为主。已模拟制成了已模拟制成了“人造眼人造眼”、“电子耳电子耳”、“电子鼻电子鼻”、“电子警犬电子警犬”等。等。 二、神经元和神经网络模拟二、神经元和神经网络模拟目前已制成的目前已制成的“人工智人工智能机能机”。 三、生物定向和导航三、生物定向和导航目前已制成的有:模仿蝙蝠的目前已制成的有:模仿蝙蝠的盲人盲人“探路仪探路仪”;模仿能感知千分之一温度变化的响尾;模仿能感知千分之一温度变化的响尾蛇蛇“探热器探热器”;模仿鸟类迁飞和鱼、龟、鲸等回游的机;模仿鸟类迁飞和鱼、龟、鲸等回游的机制,以研制导航机制;模仿蜜蜂制,以研制导航机制;模仿蜜蜂“太阳
4、罗盘太阳罗盘”和生物种和生物种的的“偏光罗盘偏光罗盘”,“人工电子蜜蜂人工电子蜜蜂”;模仿蚊、蝇等具;模仿蚊、蝇等具有天然导航器官有天然导航器官楫翅的楫翅的“振动陀螺仪振动陀螺仪”,用于高速,用于高速飞机和火箭。飞机和火箭。 四、生物力学四、生物力学模拟人或动物肌肉的器具。如模仿膝模拟人或动物肌肉的器具。如模仿膝关节制成的液压模型。做成鲸形状的日本大型远洋货关节制成的液压模型。做成鲸形状的日本大型远洋货轮,提高航速百分之二十五。模仿企鹅的特殊运动方轮,提高航速百分之二十五。模仿企鹅的特殊运动方式,制成了深雪上行驶速度达时速式,制成了深雪上行驶速度达时速50公里的雪地汽车。公里的雪地汽车。模仿袋
5、鼠的运动制成了在沙漠中通行无阻的无轮汽车模仿袋鼠的运动制成了在沙漠中通行无阻的无轮汽车跳跃机等。跳跃机等。 五、生物力能学五、生物力能学如模仿萤火虫把化学能变化光能的如模仿萤火虫把化学能变化光能的效率几乎达百分之百的优点,制出冷光源,可提高电效率几乎达百分之百的优点,制出冷光源,可提高电能利用效率几倍到几十倍。能利用效率几倍到几十倍。 六、医学仿生学六、医学仿生学已制成的有原子动力心脏,人工肾,已制成的有原子动力心脏,人工肾,能做出六个基本动作的假手。能做出六个基本动作的假手。 中国女子中长跑运动员王军霞一次次扬威世界中国女子中长跑运动员王军霞一次次扬威世界体坛。王军霞成功的奥秘何在?究其原因
6、,固体坛。王军霞成功的奥秘何在?究其原因,固然与她的身体素质与刻苦训练的精神分不开,然与她的身体素质与刻苦训练的精神分不开,但更重要的是她采用了科学的训练方法。据报但更重要的是她采用了科学的训练方法。据报道,马俊仁教练曾潜心研究过羚羊奔跑的姿态,道,马俊仁教练曾潜心研究过羚羊奔跑的姿态,并让队员们在跑步时进行模仿。马教练这种科并让队员们在跑步时进行模仿。马教练这种科学的训练方法,正是运用了仿生学的原理。仿学的训练方法,正是运用了仿生学的原理。仿生学是一门新兴科学,前途广阔,不久的将来生学是一门新兴科学,前途广阔,不久的将来将在生产,生活各个领域里得到广泛的运用。将在生产,生活各个领域里得到广泛
7、的运用。 今天我们来学习今天我们来学习眼睛与仿生学眼睛与仿生学,了解一下,了解一下眼睛的仿生价值。眼睛的仿生价值。 制导:通过无线电装置,控制和引导导弹等,使其按一定轨道运行。 散射:光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时,部分光线向多方面改变方向的现象。 明察秋毫:比喻目光敏锐,连极细小的事物都看得清楚。秋毫:秋天鸟兽身上新长的细毛。 别具一格:另有一种独特的风格。 课文可分为三部分。第一部分从课文可分为三部分。第一部分从“眼睛眼睛是人和动物的重要感觉器官是人和动物的重要感觉器官”到到“这对这对发展现代科学技术有重要的意义。发展现代科学技术有重要的意义。”第第二部分从二部分从“人眼的光学系统
8、跟照相机是人眼的光学系统跟照相机是十分类似的十分类似的”到到“大大提高了工效与质大大提高了工效与质量。量。”第三部分从第三部分从“上述各方面的研究上述各方面的研究工作工作”到到“感觉仿生已经成为目前仿生感觉仿生已经成为目前仿生学的发展重点。学的发展重点。” 第一部分讲的是第一部分讲的是“研究视觉仿生的意义研究视觉仿生的意义”,共有三个,共有三个自然段,包括自然段,包括(1)(1)眼的重要;眼的重要;(2)(2)眼的功能;眼的功能;(3)(3)眼睛与眼睛与仿生学。仿生学。 第二部分则探讨了研究视觉仿生的成果,又可以分为第二部分则探讨了研究视觉仿生的成果,又可以分为两层,第一层讲单眼的构造与功能,
9、从文章的第四自两层,第一层讲单眼的构造与功能,从文章的第四自然段到第九自然段分别讲了人眼、蛙眼、鹰眼,第二然段到第九自然段分别讲了人眼、蛙眼、鹰眼,第二层则分别以象鼻虫、蜜蜂、蜻蜓和苍蝇为例讲了复眼层则分别以象鼻虫、蜜蜂、蜻蜓和苍蝇为例讲了复眼的构造与功能,从第十自然段到第十四自然段。的构造与功能,从第十自然段到第十四自然段。 第三部分则说明了仿生学的定义,任务、研究范围和第三部分则说明了仿生学的定义,任务、研究范围和发展重点。发展重点。课文结构人眼(人眼(4-5)蛙眼(蛙眼(6-8)鹰眼(鹰眼(9)人人 造造 眼眼电子蛙眼电子蛙眼电子鹰眼电子鹰眼象鼻虫(象鼻虫(10-11)蜜蜂(蜜蜂(12-
10、13)蜻蜓、苍蝇(蜻蜓、苍蝇(14)地速计地速计偏光天文罗盘偏光天文罗盘复眼透镜复眼透镜1、(13段段)概括说明研究各种不同构造的眼睛的意义。概括说明研究各种不同构造的眼睛的意义。 2、(414) 研究情况研究情况及成果。及成果。 一般眼睛一般眼睛复复 眼眼3、(1516自然段自然段)仿生学研究的意义、范围和任务,以仿生学研究的意义、范围和任务,以及发展重点。及发展重点。整体结构(4-14)各种眼睛的功能及仿生学的意义。(15-16)说明仿生学的任务及其发展重点。(1-3)眼睛的重要作用及感知外物的基本原理;研究眼睛功能和结构的重要意义。对各类眼睛的对各类眼睛的研究及启示研究及启示 眼睛是我们
11、认识世界的重要感觉器官,每天我眼睛是我们认识世界的重要感觉器官,每天我们通过眼睛可以看到这个世界上的万物,甚至们通过眼睛可以看到这个世界上的万物,甚至通过眼睛来感受万物的变化。所以久而久之,通过眼睛来感受万物的变化。所以久而久之,我们就认为,在大脑中出现的一切,都是通过我们就认为,在大脑中出现的一切,都是通过眼睛一点不漏的看进去的。就好像一部照相机眼睛一点不漏的看进去的。就好像一部照相机。 那么实际上,人眼并不是把投射到视网膜上的那么实际上,人眼并不是把投射到视网膜上的图像一点不漏地传给大脑,而是先对图像进行图像一点不漏地传给大脑,而是先对图像进行信息加工。(选取我们需要的信息)这是人眼信息加
12、工。(选取我们需要的信息)这是人眼不同于照相机的特殊功能。不同于照相机的特殊功能。 对于这种功能的研究,对于人类的科技发展对于这种功能的研究,对于人类的科技发展有许多启示:对于改进某些机器的输入装置有许多启示:对于改进某些机器的输入装置和自动控制系统的传送器,研制新型跟踪和和自动控制系统的传送器,研制新型跟踪和发现系统,都具有十分重要的参考价值。发现系统,都具有十分重要的参考价值。 人眼除了可以对外来图像信息进行加工这个人眼除了可以对外来图像信息进行加工这个功能外,还具对比周围的景物,使人感知自功能外,还具对比周围的景物,使人感知自身的运动和位置状态,确定物体的距离、形身的运动和位置状态,确定
13、物体的距离、形状和相对大小。状和相对大小。 这也对我们有许多启发。这也对我们有许多启发。人眼人眼- 信息加工信息加工 感知自身的运动状态,确定物体的距离、形状和相对大小感知自身的运动状态,确定物体的距离、形状和相对大小人眼的两种功能及科技意义对图像进行信息加工对比周围的景物,使人感知自身运动和位置状态。确定物体的距离、形状和相对大小某些机器的输入装某些机器的输入装置置 自动控制系统的自动控制系统的传送器传送器 新型跟踪和新型跟踪和发现系统发现系统“人造眼人造眼” 青蛙能敏捷地发现具有青蛙能敏捷地发现具有特定形状的运动目标,准特定形状的运动目标,准确地确定目标的位置、运确地确定目标的位置、运动方
14、向和速度,并能选择动方向和速度,并能选择最佳的攻击时刻。最佳的攻击时刻。蛙 眼电电 子子 蛙蛙 眼眼 展翅翱翔于两三千米展翅翱翔于两三千米高空的雄鹰,一下子高空的雄鹰,一下子就能发现地面上宽广就能发现地面上宽广范围内的范围内的一只小兔或小鸡。一只小兔或小鸡。鹰鹰 眼眼 如果我们能够研制出如果我们能够研制出“电子鹰眼电子鹰眼”,就能够大大扩充和提,就能够大大扩充和提高飞行员的视野和视敏度。高飞行员的视野和视敏度。电子鹰眼电子鹰眼象鼻虫眼 象鼻虫根据各个小眼看到同一个物体的时间差以及自身在此期间飞过的距离,象鼻虫根据各个小眼看到同一个物体的时间差以及自身在此期间飞过的距离,可以出很快地可以出很快地
15、“计算计算”它相对于地面的飞行速度。它相对于地面的飞行速度。地速计地速计蜜蜂眼蜜蜂眼 蜜蜂的复眼,能够看到太阳偏振光的蜜蜂的复眼,能够看到太阳偏振光的振动方向,而这种方向与太阳的位置有振动方向,而这种方向与太阳的位置有确定的关系。确定的关系。偏光天文罗盘偏光天文罗盘蜻蜻 蜓蜓 眼眼苍苍 蝇蝇 眼眼复眼透镜复眼透镜 剥去蜻蜓和苍蝇复眼的角膜,放在显微镜下观察,尽管在剥去蜻蜓和苍蝇复眼的角膜,放在显微镜下观察,尽管在角膜前面只放一个目标,但通过角膜却可以看到许许多多个角膜前面只放一个目标,但通过角膜却可以看到许许多多个像。像。不同的眼睛不同的眼睛眼睛的构造或功能眼睛的构造或功能研究的启示研究的启示
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