神奇的仿生学.ppt

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1、关于神奇的仿生学现在学习的是第1页，共36页生物的神奇生物的神奇“技能技能”n n蝴蝶蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温。而调节体温。n n萤火虫萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转化效率达可将化学能直接转变成光能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有，而普通电灯的发光效率只有6%。n n蝙蝠蝙蝠在飞行时发出超声波，由反射回来的超声波判在飞行时发出超声波，由反射回来的超声波判断出自己和障碍物间的距离，再依靠耳朵的定向作用，断出自己和障碍物间的距离，再依靠耳朵的定向作用，准确确定障碍物的方位。准确确定障碍物的方位。n n海蜇海

2、蜇是预报风暴最早、最准确的是预报风暴最早、最准确的“顺风耳顺风耳”。n n苍蝇苍蝇的平衡棒在飞行时以一定的频率进行机械振动的平衡棒在飞行时以一定的频率进行机械振动调节翅膀的运动方向，是保持身体平衡的导航仪。调节翅膀的运动方向，是保持身体平衡的导航仪。现在学习的是第2页，共36页n n1960年在年在美国俄亥俄州召开第一次仿生学讨论会美国俄亥俄州召开第一次仿生学讨论会，正式命名仿生学正式命名仿生学（英文作：（英文作：Bionics)。n n大约大约400年之后，年之后，奥托奥托（Otto Lilienthal）根据鹳的翅膀制造了滑翔机并根据鹳的翅膀制造了滑翔机并取得了取得了“滑翔机之父滑翔机之父

3、”的称号。的称号。n n达达芬芬奇奇在在大大约约公公元元1500年年，受受鸟鸟翅翅启启发发，他他画画了了一一系系列列的的无无法法实实现现 的的 飞飞 行行 设设 备备 草草 图图，被被 认认 为为 是是现现 代代 仿仿 生生 学学 之之 父父。n n据据韩非子韩非子记载鲁班用竹木作鸟记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下成而飞之，三日不下”。n n2004年年12月月11至至13日，在以日，在以“仿生学的科学意义与前沿仿生学的科学意义与前沿”为主题的为主题的第第220 次香山科学会议次香山科学会议就如何从仿生学入手、向一个极为重要的创新源泉就如何从仿生学入手、向一个极为重要的创新源泉 大自然大

4、自然“汲取灵感汲取灵感”进行全面讨论。进行全面讨论。n n2003年年10月月8日来自中、德、法、英、美、等国的多位生命科学、材料日来自中、德、法、英、美、等国的多位生命科学、材料科学、科学、纳米科学与技术、纳米科学与技术、工程科学等领域的著名专家集聚上海工程科学等领域的著名专家集聚上海,围绕仿围绕仿生结构、仿生料、仿生研究的方法等议题，对仿生学的发展前景展开了生结构、仿生料、仿生研究的方法等议题，对仿生学的发展前景展开了深入研讨。深入研讨。由于生物的种种神奇功能由于生物的种种神奇功能人们很早便开始关注人们很早便开始关注“仿生学仿生学”现在学习的是第3页，共36页何为仿生学？仿生学仿生学模仿生

5、物系统的原理以建造技术系统，或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者使人造技术系统具有生物系统特征或类 似特征的科学。似特征的科学。仿生学仿生学不是单纯的模仿生物，更主要的在于它要把不是单纯的模仿生物，更主要的在于它要把生物的卓越机能更巧妙更精炼地应用到工程技术中去。生物的卓越机能更巧妙更精炼地应用到工程技术中去。现在学习的是第4页，共36页数学数学生物生物电烙铁电烙铁仿生学符号仿生学符号积分符号代表数学积分符号代表数学解剖刀代表生物科学解剖刀代表生物科学代表电子技术，技术代表电子技术，技术科学科学现在学习的是第5页，共36页仿生学的研究过程仿生学的研究过

6、程生物模型生物模型数学模型数学模型技术模型技术模型生物体生物体技技术术装装置置现在学习的是第6页，共36页提出模型，进行模拟提出模型，进行模拟是仿生学的基本研究是仿生学的基本研究方法。在仿生学研究的过程中，模型是方法。在仿生学研究的过程中，模型是联系生物科学与技术科学的桥梁。数学联系生物科学与技术科学的桥梁。数学模型是都来源于生物模型，反过来又指模型是都来源于生物模型，反过来又指导生物系统的研究。三者相辅相成进而导生物系统的研究。三者相辅相成进而完成了仿生学的研究。完成了仿生学的研究。现在学习的是第7页，共36页仿生学研究的主要内容：仿生学研究的主要内容：1.信息仿生学信息仿生学：6.其他其他

7、2.控制仿生学：控制仿生学：3.力学仿生学：力学仿生学：5.医学仿生学：医学仿生学：4.化学仿生学：化学仿生学：搜索搜索现在学习的是第8页，共36页n控制仿生学是研究所谓机体控制系统的结构与功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新型的自动控制系统。工作人员让机器鱼试水现在学习的是第9页，共36页中国第一条可用于实际应用的中国第一条可用于实际应用的仿生机器鱼仿生机器鱼2004年年12月月5日正日正式宣布研制成功。这台外形酷似活鱼的机器人曾出色地辅式宣布研制成功。这台外形酷似活鱼的机器人曾出色地辅助考古专家对福建郑成功古战舰遗址进行了水下探测助考古专家对福建郑成功古战舰遗址进行了水下探测.技术技

8、术人员通过一个手掌大小的遥控器和一台计算机，对身长人员通过一个手掌大小的遥控器和一台计算机，对身长1.23米，通体色泽亮黑，外形逼真的机器鱼发号各种指令。水米，通体色泽亮黑，外形逼真的机器鱼发号各种指令。水间的机器鱼自由灵活地穿波逐浪，载沉载浮。如果不是头部上间的机器鱼自由灵活地穿波逐浪，载沉载浮。如果不是头部上方一个显眼的白色圆顶方一个显眼的白色圆顶GPS导航天线，水中的机器鱼令人导航天线，水中的机器鱼令人真假难辨真假难辨.这条机器鱼由动力推进系统、图像采集和图像这条机器鱼由动力推进系统、图像采集和图像信号无线传输系统、计算机指挥控制平台三部分组成，信号无线传输系统、计算机指挥控制平台三部分

9、组成，主要制造材料为玻璃钢和纤维板。它的最高时速可达主要制造材料为玻璃钢和纤维板。它的最高时速可达1.5米秒，能够在水下连续工作米秒，能够在水下连续工作2至至3小时。小时。现在学习的是第10页，共36页工作人员让机器鱼试水现在学习的是第11页，共36页n信息仿生学是研究生物机构与外界环境、生物个体之间、生物体内各部分间的信息接收、储存、处理与利用的机理，以及将其移植于技术系统之中的方法，并最终制成类似于生物系统的计算系统和信息接收处理系统。现在学习的是第12页，共36页n蝙蝠昼伏夜出，在空中能蝙蝠昼伏夜出，在空中能陡然改变飞行方向，避开陡然改变飞行方向，避开障碍物，又能捕食正在飞障碍物，又能捕

10、食正在飞行中的昆虫。科学家研究行中的昆虫。科学家研究发现它不是靠眼睛，而是发现它不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵组成的回靠嘴、喉和耳朵组成的回声定位系统声定位系统,准确确定障准确确定障碍物的方向和位置。蝙蝠碍物的方向和位置。蝙蝠的这种回声定位系统正是的这种回声定位系统正是雷达的雏形雷达的雏形,科学家据此科学家据此设计出了现代的雷达。设计出了现代的雷达。现在学习的是第13页，共36页n力学仿生学是研究和模拟生物机体外部形态和内部结构的力学原理。现在学习的是第14页，共36页力学仿生学在建筑中得到广泛应用。力学仿生学在建筑中得到广泛应用。生物体在长期的进化中形成了各种生物体在长期的进化中形成了各种形

11、态，具有了一定的强度，硬度和形态，具有了一定的强度，硬度和稳定性。在对艾菲尔斜塔进行仔细稳定性。在对艾菲尔斜塔进行仔细测量和研究后，发现它的每个构件测量和研究后，发现它的每个构件与人的小腿骨惊人的相似。与之相与人的小腿骨惊人的相似。与之相类似的还有藤蔓与悬索结构，蛋壳类似的还有藤蔓与悬索结构，蛋壳与薄壳结构，树干竹笋与高耸建筑与薄壳结构，树干竹笋与高耸建筑等等。等等。艾菲尔斜塔与人的小腿骨惊人的相似现在学习的是第15页，共36页n化学仿生学是研究和模拟生物体内的各类化学反应，包括酶学原理、选择性生物膜和生物的能量转换、生物发光、生物发电等。现在学习的是第16页，共36页n利用电化学预处理玻碳电

12、极对热利用电化学预处理玻碳电极对热变性变性DNA的吸附特性，定量检测的吸附特性，定量检测热变性热变性DNA，判断，判断DNA的变性程的变性程度。利用吸附态单、双链度。利用吸附态单、双链DNA与电与电化学探针亚甲蓝作用差异建立起化学探针亚甲蓝作用差异建立起长链长链DNA序列检测方法及对单、序列检测方法及对单、双链的识别。将双链的识别。将DNA修饰在修饰在ITO电极表面，研制成测定药物米非思铜电极表面，研制成测定药物米非思铜传感器。传感器。现在学习的是第17页，共36页n医学仿生学是研究人工脏器、生物医学的图象识别以及医学信号的分析和处理。现在学习的是第18页，共36页n世界上首例采用数字信息技术

13、进行的仿世界上首例采用数字信息技术进行的仿真下颌骨植入术日前在西安获得成功。真下颌骨植入术日前在西安获得成功。这是由西安交大国家级重点实验室这是由西安交大国家级重点实验室激激光快速成型中心与该校口腔医学院协同光快速成型中心与该校口腔医学院协同攻关取得的技术成果。攻关取得的技术成果。现在学习的是第19页，共36页n耳朵没了，可以给你一只得像真的一样的仿生人耳朵没了，可以给你一只得像真的一样的仿生人耳耳-国内首例仿生人耳赝复体在上海研制成功。二医国内首例仿生人耳赝复体在上海研制成功。二医大附属第九人民医院、上海交通大学在精技机电大附属第九人民医院、上海交通大学在精技机电(上海上海)公司的配合下，在

14、国内采用数字信息技术研制成功仿公司的配合下，在国内采用数字信息技术研制成功仿生人耳赝复体，经临床应用于一名因外伤致使右耳缺生人耳赝复体，经临床应用于一名因外伤致使右耳缺失的患者，效果十分理想。专家认为，这是颌面赝复失的患者，效果十分理想。专家认为，这是颌面赝复体修复治疗方面的一项重大突破。体修复治疗方面的一项重大突破。现在学习的是第20页，共36页机器蝇，未来的超级间谍机器蝇，未来的超级间谍美国五角大楼对有望成为美国五角大楼对有望成为“微型间谍微型间谍”的机的机器蝇极为重视器蝇极为重视，机器蝇可以帮助美军完成侦察，机器蝇可以帮助美军完成侦察阿富汗山洞或是寻找伊拉克秘密武器等艰巨任阿富汗山洞或是

15、寻找伊拉克秘密武器等艰巨任务。而在未来战争中，机器蝇甚至可以飞到敌务。而在未来战争中，机器蝇甚至可以飞到敌方总部。总之，机器蝇将完成过去方总部。总之，机器蝇将完成过去“007”远远远远完成不了的任务，成为名副其实的完成不了的任务，成为名副其实的“超级超级间谍间谍”。在未来的机器蝇身上，将安装许。在未来的机器蝇身上，将安装许多传感器和微型摄像机，因此他们能做的多传感器和微型摄像机，因此他们能做的事情还有很多。比如可以用来发现森林火事情还有很多。比如可以用来发现森林火灾，在灾难中搜寻废墟中的幸各种复杂条灾，在灾难中搜寻废墟中的幸各种复杂条件下完成拍照、摄影、取样等工作。件下完成拍照、摄影、取样等工

16、作。奇妙的机器蝇现在学习的是第21页，共36页n蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由房组成，每个小蜂房的底部由3个相同个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的精确计算出来的菱形钝角菱形钝角10928，锐角，锐角7032完全相同，完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑

17、及制造航天易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。想材料。60120现在学习的是第22页，共36页n纳米技术与分子生物学的结合将纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。分子仿开创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞生命过程的各个环生学模仿细胞生命过程的各个环节，以分子水平上的生物学原理节，以分子水平上的生物学原理为参照原型，设计制造各种各样为参照原型，设计制造各种各样的可对纳米空间进行操作的的可对纳米空间进行操作的“功功能分子器件能分子器件”，即纳米机器人。，即纳米机器人。纳米机器人的研制和开发将成为纳米机器人的研制和开发将成

18、为21世纪科学发展的一个重要方向，世纪科学发展的一个重要方向，对医学和农业产生巨大影响。对医学和农业产生巨大影响。现在学习的是第23页，共36页n飞机高速飞行时，机翼受气流的飞机高速飞行时，机翼受气流的冲击常发生颤振，从而导致机翼冲击常发生颤振，从而导致机翼断裂、机毁人亡。科学家从蜻蜓断裂、机毁人亡。科学家从蜻蜓翅膀上的黑色翅痣翅膀上的黑色翅痣(一种较厚的一种较厚的角质组织角质组织)，想到了配重，于是，想到了配重，于是“照葫芦画瓢照葫芦画瓢”，给飞机机翼，给飞机机翼上装了配重，从此，飞机的此上装了配重，从此，飞机的此类事故大大减少。类事故大大减少。现在学习的是第24页，共36页n你知道哪里有螺

19、旋线吗？自然界中到处你知道哪里有螺旋线吗？自然界中到处都有螺旋线：所有有回旋形贝壳的软体运动都有螺旋线：所有有回旋形贝壳的软体运动螺，都有螺旋线；蜘蛛以螺旋形结网；牛螺，都有螺旋线；蜘蛛以螺旋形结网；牛角按螺旋形生长；向日葵的花子按螺旋形排列；角按螺旋形生长；向日葵的花子按螺旋形排列；人的内耳耳轮也是螺旋形的。人的内耳耳轮也是螺旋形的。螺旋形往往是建筑造型的母体，而螺的外螺旋形往往是建筑造型的母体，而螺的外形也是建筑师构思的素材。海滩上各种各样形也是建筑师构思的素材。海滩上各种各样的海螺、贝壳，在波涛汹涌的大海中为生存的海螺、贝壳，在波涛汹涌的大海中为生存而搏击，自然的优化形成了它们优美的螺旋

20、而搏击，自然的优化形成了它们优美的螺旋线。当前，线。当前，“回归自然，崇尚自然回归自然，崇尚自然”已成热已成热门话题，所以，一批直接模仿螺的外形的建门话题，所以，一批直接模仿螺的外形的建筑也应运而生了。筑也应运而生了。位于北戴河滨的碧螺塔现在学习的是第25页，共36页拟态仿生学拟态仿生学在军事工程中应用很广泛。在军事工程中应用很广泛。如：迷彩军装，坦克、装甲车的迷彩伪装，如：迷彩军装，坦克、装甲车的迷彩伪装，战舰潜艇的伪装等等。战舰潜艇的伪装等等。现在仿生拟态不再仅仅局限于实物，而现在仿生拟态不再仅仅局限于实物，而开始向新型材料、微电子技术等高技术方向开始向新型材料、微电子技术等高技术方向发展

21、。发展。现在学习的是第26页，共36页坦克的迷彩伪装坦克的迷彩伪装三色迷彩的德国三色迷彩的德国“豹豹”I I坦克在电视成像下的效果坦克在电视成像下的效果现在学习的是第27页，共36页尾声：尾声：n在以往很长的一段时间里，人类对自然界中各种生物在以往很长的一段时间里，人类对自然界中各种生物的利用都仅仅是对它们个体物质上的，而仿生学却将的利用都仅仅是对它们个体物质上的，而仿生学却将这种利用关系转移到了另一个层面之上。人们开始从这种利用关系转移到了另一个层面之上。人们开始从探索和模拟生物系统各机体的奥秘着手研究，借以推探索和模拟生物系统各机体的奥秘着手研究，借以推动科学技术的发展。因此，仿生学必将是

22、人类历史上动科学技术的发展。因此，仿生学必将是人类历史上的一次伟大革命的一次伟大革命！现在学习的是第28页，共36页仿生学就像蓝天一样深邃，神奇仿生学就像蓝天一样深邃，神奇而我们应该像雄鹰一样而我们应该像雄鹰一样在这片蓝天中展翅翱翔在这片蓝天中展翅翱翔!现在学习的是第29页，共36页制作者制作者:电气工程学院电气工程学院2004级级1班班于于XX(学号学号20041478)现在学习的是第30页，共36页n海蜇，早在海蜇，早在5亿多年前就漂浮在海洋里，亿多年前就漂浮在海洋里，是一种极古老的腔肠动物，还是预报风是一种极古老的腔肠动物，还是预报风暴最早、最准确的暴最早、最准确的“顺风耳顺风耳”。因为

23、它的。因为它的“耳朵耳朵”（细柄上的小球（细柄上的小球)中有小小的听石，中有小小的听石，风暴产生时发出的次声波冲击小小听石风暴产生时发出的次声波冲击小小听石“球球”壁的神经感受器，于是海壁的神经感受器，于是海蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声，便警惕地离岸游向大海避灾。蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声，便警惕地离岸游向大海避灾。人们模拟海蛰感受次声波的器官，设计成功精确的人们模拟海蛰感受次声波的器官，设计成功精确的“水母耳水母耳”仪器。仪器。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器

24、安装在船的前甲板上，喇叭做及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360旋转。旋转。当它接收到当它接收到8赫兹赫兹13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。这种仪器，可提前人们风暴的强度。这种仪器，可提前15小时左右预报风暴。小时左右预报风暴。现在学习的是第31页，共36页 人造卫星在太空中由于位人造卫星在太空中由于位 置的不断变化可引起温度骤化，置的不断变化可引起温度骤化，有时温差可高达两、三百度，有时温差可高达两、三百度，严重影

25、响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片鳞片会随阳光会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统的照射方向自动变换角度而调节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。

26、难题。现在学习的是第32页，共36页n再如，小小苍蝇，能连续飞行几小时不降落，飞行时速再如，小小苍蝇，能连续飞行几小时不降落，飞行时速高达高达20公里。它不需要滑行，能沿与地面呈公里。它不需要滑行，能沿与地面呈30度的角度度的角度迅速起飞，可在空中急停、急转弯，垂直上升、下降，着迅速起飞，可在空中急停、急转弯，垂直上升、下降，着陆动作也很轻快。科学家研究发现，原来在苍蝇翅膀后面陆动作也很轻快。科学家研究发现，原来在苍蝇翅膀后面还有一对小的翅膀还有一对小的翅膀楫翅，它像船的桨和舵一样既能控制楫翅，它像船的桨和舵一样既能控制飞行方向，飞行方向，又能控制身体平衡，既是导航仪，又能控制身体平衡，既是导

27、航仪，又是平衡棒，航天科学家在楫翅的又是平衡棒，航天科学家在楫翅的 启示下，制成了振动陀螺仪，用在启示下，制成了振动陀螺仪，用在 飞机、火箭及空间飞行器上，大大提高了自动控制飞机、火箭及空间飞行器上，大大提高了自动控制 系统系统的性能。的性能。现在学习的是第33页，共36页n蝙蝠昼伏夜出，在空中能蝙蝠昼伏夜出，在空中能陡然改变飞行方向，避开陡然改变飞行方向，避开障碍物，又能捕食正在飞障碍物，又能捕食正在飞行中的昆虫。科学家研究行中的昆虫。科学家研究发现它不是靠眼睛，而是发现它不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵组成的回靠嘴、喉和耳朵组成的回声定位系统声定位系统,准确确定障准确确定障碍物的方向和位置。蝙蝠碍物的方向和位置。蝙蝠的这种回声定位系统正是的这种回声定位系统正是雷达的雏形雷达的雏形,科学家据此科学家据此设计出了现代的雷达。设计出了现代的雷达。现在学习的是第34页，共36页现在学习的是第35页，共36页感谢大家观看现在学习的是第36页，共36页