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      仿生學(xué)知識小報

      時間: 謝君787 分享

        仿生學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。人們研究生物體結(jié)構(gòu)與功能的工作原理,并根據(jù)這些原理發(fā)明出新的設(shè)備和工具,創(chuàng)造出適用于生產(chǎn),學(xué)習(xí)和生活的先進(jìn)技術(shù)。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于仿生學(xué)知識小報的內(nèi)容,希望大家喜歡!

        仿生學(xué)的簡介

        仿生學(xué)是一門模仿生物的特殊本領(lǐng),利用生物的結(jié)構(gòu)和功能原理來研制機(jī)械或各種新技術(shù)的科學(xué)技術(shù)。

        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。這個詞語大約從1961年才開始使用。某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的機(jī)械都優(yōu)越得多,仿生學(xué)就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經(jīng)功能)、自動控制系統(tǒng)等,這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機(jī)械設(shè)計方面給了很大啟發(fā)。可舉出的仿生學(xué)例子,如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)(游泳時能使身體表面不產(chǎn)生紊流)應(yīng)用到潛艇設(shè)計原理上。

        又比如,蒼蠅是細(xì)菌的傳播者,一般歸類為害蟲,可是蒼蠅的楫翅是天然導(dǎo)航儀。而且,它的眼睛是一種“復(fù)眼”,由3000多只小眼組成,人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”。“蠅眼透鏡”是一種新型光學(xué)元件,它的用途很多。“蠅眼透鏡”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的,用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機(jī)”,一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機(jī)已經(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機(jī)的微小電路,大大提高了工效和質(zhì)量。

        仿生學(xué)也被認(rèn)為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科,而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機(jī)械原理加以比較,進(jìn)行研究和解釋的一門學(xué)科。

        仿生學(xué)組成內(nèi)容

        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)相對運動和生物體在環(huán)境中運動的動力學(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,又可用最少的建材承受最大的載荷。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)、以及高級中樞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)抑制網(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),從而能實現(xiàn)模式識別。此外,它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài),運動控制、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)最大的挑戰(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,都運用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實用人造硬件系統(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。

        最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點。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,以實現(xiàn)特定功能為中心目的。—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。

      仿生學(xué)知識小報

      仿生學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。人們研究生物體結(jié)構(gòu)與功能的工作原理,并根據(jù)這些原理發(fā)明出新的設(shè)備和工具,創(chuàng)造出適用于生產(chǎn),學(xué)習(xí)和生活的先進(jìn)技術(shù)。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于仿生學(xué)知識小報的內(nèi)容,希望大家喜歡! 仿生學(xué)的簡介
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