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  jingxinxin0114 2011-03-15 00:00:00

  仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)。仿生學(xué)一詞是1960年由美國斯蒂爾根據(jù)拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性質(zhì)”的意思)構(gòu)成的。他認(rèn)為“仿生學(xué)是研究以模仿生物系統(tǒng)的方式、或是以具有生物系統(tǒng)特征的方式、或是以類似于生物系統(tǒng)方式工作的系統(tǒng)的科學(xué)”。盡管人類在文明進(jìn)化中不斷從生物界受到新的啟示，但仿生學(xué)的誕生，一般以1960年全美diyi屆仿生學(xué)討論會的召開為標(biāo)志。 仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。 力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對運(yùn)動和生物體在環(huán)境中運(yùn)動的動力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用Z少的建材承受Z大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速； 分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲； 能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程； 信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如根據(jù)象鼻蟲視動反應(yīng)制成的“自相關(guān)測速儀”可測定飛機(jī)著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)YZ網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計算機(jī)。模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機(jī)”的機(jī)器，它可以通過訓(xùn)練，改變元件之間聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實(shí)現(xiàn)模式識別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運(yùn)動控制、動物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機(jī)制，以及人機(jī)系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。 某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。 仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領(lǐng)域。一方面由于自動化向智能控制發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經(jīng)科學(xué)Z大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機(jī)器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識別的研究，大腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)研究的主攻方面。控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制和信息過程，都運(yùn)用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實(shí)用人造硬件系統(tǒng)；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。Z廣泛地運(yùn)用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點(diǎn)。其目的不在于直接復(fù)制每一個細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實(shí)現(xiàn)特定功能為ZX目的。 —般認(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個相關(guān)的方面：生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型。前者是基礎(chǔ)，后者是目的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機(jī)制需要相當(dāng)長的研究周期，而且解決實(shí)際問題需要多學(xué)科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因。

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  daican_za 2011-03-14 00:00:00

  這位大哥抄襲的真狠

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  eye丨shadow 2011-03-15 00:00:00

  電子蛙眼——根據(jù)青蛙發(fā)明 雷達(dá)——蝙蝠 鳥、蜻蜓——飛機(jī) 螢火蟲——日光燈 水母——水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀 蒼蠅——航天（有關(guān)） 壁虎腳趾——粘性錄音帶 螳螂——鋸子 仿生學(xué)一詞是1960年由美國斯蒂爾根據(jù)拉丁文“bios”(生命方式的意思)和字尾“nlc”(“具有……的性質(zhì)”的意思)構(gòu)成的。他認(rèn)為“仿生學(xué)是研究以模仿生物系統(tǒng)的方式、或是以具有生物系統(tǒng)特征的方式、或是以類似于生物系統(tǒng)方式工作的系統(tǒng)的科學(xué)”。盡管人類在文明進(jìn)化中不斷從生物界受到新的啟示，但仿生學(xué)的誕生，一般以1960年全美diyi屆仿生學(xué)討論會的召開為標(biāo)志。 仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。 力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對運(yùn)動和生物體在環(huán)境中運(yùn)動的動力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用Z少的建材承受Z大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速； 分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲； 能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程； 信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如根據(jù)象鼻蟲視動反應(yīng)制成的“自相關(guān)測速儀”可測定飛機(jī)著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)YZ網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計算機(jī)。 模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機(jī)”的機(jī)器，它可以通過訓(xùn)練，改變元件之間聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實(shí)現(xiàn)模式識別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運(yùn)動控制、動物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機(jī)制，以及人-機(jī)系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。 某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。 仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領(lǐng)域。一方面由于自動化向智能控制發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經(jīng)科學(xué)Z大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機(jī)器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識別的研究，大腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)研究的主攻方面。 控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制和信息過程，都運(yùn)用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實(shí)用人造硬件系統(tǒng)；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。 Z廣泛地運(yùn)用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點(diǎn)。其目的不在于直接復(fù)制每一個細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實(shí)現(xiàn)特定功能為ZX目的。—般認(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個相關(guān)的方面：生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型。前者是基礎(chǔ)，后者是目的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。 由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機(jī)制需要相當(dāng)長的研究周期，而且解決實(shí)際問題需要多學(xué)科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因。 其他生物學(xué)分支學(xué)科 生物學(xué)概述、植物學(xué)、孢粉學(xué)、動物學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物分類學(xué)、習(xí)性學(xué)、生理學(xué)、細(xì)菌學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物遺傳學(xué)、土壤微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、細(xì)胞化學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、免疫學(xué)、胚胎學(xué)、優(yōu)生學(xué)、悉生生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、仿生學(xué)、生物物理學(xué)、生物力學(xué)、生物力能學(xué)、生物聲學(xué)、生物化學(xué)、生物數(shù)學(xué) 附：部分“仿生學(xué)”實(shí)例 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及，但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來了。 蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒有“鼻子”，它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進(jìn)入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來的神經(jīng)電信號經(jīng)電子線路放大后，送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號，便能發(fā)出警報。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。 這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進(jìn)計算機(jī)的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。 在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發(fā)光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種，它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強(qiáng)度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。 科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。 早在40年代，人們根據(jù)對螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源，可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會產(chǎn)生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性等工作。 現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。 電魚與伏特電池 自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力Z強(qiáng)的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓，而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱得上電擊guan軍，據(jù)說它能擊斃像馬那樣的大動物。 電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對電魚的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間，約有500萬塊電板。單個電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計出世界上Z早的伏打電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計的，所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。 水母的順風(fēng)耳 “燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。”生物的行為與天氣的變化有一定關(guān)系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將來臨。 水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前，它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預(yù)測風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。 原來，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長著一個細(xì)柄，柄上有個小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。 仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn)，它所指的方向，就是風(fēng)暴前進(jìn)的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強(qiáng)度。這種預(yù)測儀能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義

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