仿生學是一門模仿生物的特殊本領，利用生物的結構和功能原理來研制機械或各種新技術的科學技術。那么你對仿生學了解多少呢?以下是由學習啦小編整理關于什么是仿生學的內容，希望大家喜歡!

　　仿生學的簡介

　　仿生學一詞是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’的意思)”構成的。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械都優(yōu)越得多，仿生學就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應用生物功能的一門學科。例如關于信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經(jīng)功能)、自動控制系統(tǒng)等，這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了很大啟發(fā)?？膳e出的仿生學例子，如將海豚的體形或皮膚結構(游泳時能使身體表面不產(chǎn)生紊流)應用到潛艇設計原理上。

　　又比如，蒼蠅是細菌的傳播者，一般歸類為害蟲，可是蒼蠅的楫翅是天然導航儀。而且，它的眼睛是一種“復眼”，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”，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經(jīng)用于印刷制版和大量復制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質量。

　　仿生學也被認為是與控制論有密切關系的一門學科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機械原理加以比較，進行研究和解釋的一門學科。

　　仿生學的組成內容

　　仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等

　　力學仿生

　　是研究并模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質，以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環(huán)境中運動的動力學性質。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結構建造的立柱，既消除應力特別集中的區(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構，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結構后，合成了一種類似有機化合物，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、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程;

　　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、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)象鼻蟲視動反應制成的“自相關測速儀”可測定飛機著陸速度。根據(jù)鱟復眼視網(wǎng)膜側抑制網(wǎng)絡的工作原理，研制成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達100種以上，并在此基礎上構造出新型計算機。

　　模仿人類學習過程，制造出一種稱為“感知機”的機器，它可以通過訓練，改變元件之間聯(lián)系的權重來進行學習，從而能實現(xiàn)模式識別。此外，它還研究與模擬體內穩(wěn)態(tài)，運動控制、動物的定向與導航等生物系統(tǒng)中的控制機制，以及人-機系統(tǒng)的仿生學方面。

　　某些文獻中，把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生，而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經(jīng)仿生。

　　仿生學的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領域。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)科學最大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究，大腦學習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)調問題等——是仿生學研究的主攻方面。

　　控制與信息仿生和生物控制論關系密切。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，從技術科學的理論出發(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研究方法的突出特點。其目的不在于直接復制每一個細節(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。—般認為，在仿生學研究中存在下列三個相關的方面：生物原型、數(shù)學模型和硬件模型。前者是基礎，后者是目的，而數(shù)學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

　　由于生物系統(tǒng)的復雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機制需要相當長的研究周期，而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學發(fā)展速度的主要原因。

　　細胞仿生學

　　細胞仿生學也在水過濾領域初露崢嶸，科學家們希望借用人體與植物體內存在的一種薄膜(只讓水進出微生物的細胞)，將海水變成飲用水。在這一思路的指導下，他們研制出了一種“水通道”濾水設備，這款配備了“內部水通道(Aquaporin Inside)”技術的纖細薄膜，有望將海水變成飲用水，讓臟水變成干凈水。

　　與此同時，光合作用過程也正被科學家們用于能源的捕獲和存儲領域。美國康奈爾大學薩賓設計實驗室的科學家們正在研制名為“電子皮膚(eSkin)”的適應性建筑外層，這一外層利用了肺部細胞的特性，讓建筑可與周圍環(huán)境有效地相互作用。

　　很多能源問題解決方案都在采用這一原則，包括生物電池的研制等。據(jù)報道，美國猶他大學的研究人員根據(jù)人體的新陳代謝過程——幾乎所有的活體微生物都用葡萄糖來制造能量，研制出了一種生物電池，這款電池用糖做燃料，用天生擁有能量轉化屬性的酶做催化劑

　　仿生學的研究方法

　　仿生學是生物學、數(shù)學和工程技術學互相滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。第一屆仿生學會議為仿生學確定了一個有趣而形象的標志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵“積分”在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也概括表達了仿生學的研究途徑。

　　仿生學的任務就是要研究生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生的原理，并把它模式化，然后應用這些原理去設計和制造新的技術設備。

　　仿生學的主要研究方法就是提出模型，進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：

　　首先是對生物原型的研究。根據(jù)生產(chǎn)實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術要求有益的內容，取消與生產(chǎn)技術要求無關的因素，得到一個生物模型;第二階段是將生物模型提供的資料進行數(shù)學分析，并使其內在的聯(lián)系抽象化，用數(shù)學的語言把生物模型“翻譯”成具有一定意義的數(shù)學模型;最后數(shù)學模型制造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創(chuàng)新。經(jīng)過實踐——認識——再實踐的多次重復，才能使模擬出來的東西越來越符合生產(chǎn)的需要。這樣模擬的結果，使最終建成的機器設備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。

　　仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現(xiàn)出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學的整體來看，它把生物看成是一個能與內外環(huán)境進行聯(lián)系和控制的復雜系統(tǒng)。它的任務就是研究復雜系統(tǒng)內各部分之間的相互關系以及整個系統(tǒng)的行為和狀態(tài)。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我復制，它們與外界的聯(lián)系是密不可分的。生物從環(huán)境中獲得物質和能量，才能進行生長和繁殖;生物從環(huán)境中接受信息，不斷地調整和綜合，才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統(tǒng)一，局部與整體的協(xié)調與統(tǒng)一。仿生學要研究生物體與外界刺激(輸入信息)之間的定量關系，即著重于數(shù)量關系的統(tǒng)一性，才能進行模擬。為達到此目的，采用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學的研究方法必須著重于整體。

　　仿生學的研究內容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優(yōu)異的結構和功能供各行業(yè)來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內，仿生學的研究得到迅速的發(fā)展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建筑仿生、化學仿生等。隨著現(xiàn)代工程技術的發(fā)展，學科分支繁多，在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學的研究;航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航;工程建筑對生物力學的模擬;無線電技術部門對于人神經(jīng)細胞、感覺器宮和神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬;計算機技術對于腦的模擬以及人工智能的研究等。在第一屆仿生學會議上發(fā)表的比較典型的課題有：“人造神經(jīng)元有什么特點”、“設計生物計算機中的問題”、“用機器識別圖像”、“學習的機器”等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)的整體作用。以后在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現(xiàn)新的分支，如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。

　　總之，仿生學的研究內容，從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處于一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來，同時對生物學的發(fā)展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下，使生物科學的研究在方法上發(fā)生了根本的轉變;在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發(fā)展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養(yǎng)，加速科學的發(fā)展。因此，仿生學的科研顯示出無窮的生命力，它的發(fā)展和成就將為促進世界整體科學技術的發(fā)展做出巨大的貢獻。
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