第一篇：仿生學(xué)論文

大自然的啟示——淺談軍事仿生技術(shù)

投資學(xué)專業(yè) 譚蘇航

摘要

自古以來，大自然都是人類的老師，人類向自然學(xué)習(xí)，模仿自然以適應(yīng)自然，從而在自然界中謀求生存，人類經(jīng)歷了從初級(jí)仿生造物到高級(jí)仿生造物的漫長(zhǎng)過程，并在近現(xiàn)代形成了一門較為系統(tǒng)的仿生學(xué)學(xué)科體系。而軍事仿生技術(shù)是仿生學(xué)的一個(gè)重要組成部分，由于戰(zhàn)爭(zhēng)需求的牽引，有無數(shù)人致力于武器仿生與戰(zhàn)術(shù)仿生的研究，此技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

本論文綜合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)軍事仿生技術(shù)進(jìn)行了概述，對(duì)其研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)軍事仿生技術(shù)發(fā)展的歷史進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。本論文著重介紹軍事仿生技術(shù)在武器裝備的制造與戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，并列舉大量實(shí)證進(jìn)行分析。最后，本論文對(duì)軍事仿生技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)作了簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：仿生學(xué)軍事仿生技術(shù) 武器仿生 戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略仿生發(fā)展趨勢(shì)

一、軍事仿生技術(shù)概述

（一）仿生學(xué)概述

1.仿生學(xué)的基本概念

仿生學(xué)一詞是1960年由美國(guó)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，它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)的學(xué)科。

2.仿生學(xué)的歷史與發(fā)展 在人類文明的早期，人類為了生存就不得不對(duì)其周圍世界的動(dòng)植物的生活習(xí)性與各種自然現(xiàn)象進(jìn)行觀察，因此，實(shí)際上從遠(yuǎn)古時(shí)代起，人們就開始從事仿生學(xué)工作了。例如，相傳在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，魯班在上山伐木途中，手指被茅草劃破，從而受到啟發(fā)，制成了人類史上第一架帶有鋸齒的木工鋸。此類模仿大自然的例子不勝枚舉，直到20世紀(jì)40年代，調(diào)節(jié)理論和控制論的建立，逐步推動(dòng)仿生學(xué)的建立，同時(shí)在1960年，“仿生學(xué)”作為一門獨(dú)立學(xué)科被正式命名。此后，仿生學(xué)地位不斷提升，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用性不斷增強(qiáng)，具有非常好的學(xué)科前景。

（二）軍事仿生學(xué)概述

1.軍事仿生學(xué)的基本概念

軍事仿生學(xué)是仿生學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是軍事科學(xué)和技術(shù)的一個(gè)極具影響力和生命力的研究領(lǐng)域。它是模仿生物系統(tǒng)的原理和特異功能來發(fā)展軍事高技術(shù)，提高武器裝備的性能，發(fā)展軍事戰(zhàn)略技術(shù)，提高軍隊(duì)后勤保障的能力的一種技術(shù)。

2.軍事仿生技術(shù)的歷史和發(fā)展

在古代，人們?yōu)榱藵M足戰(zhàn)爭(zhēng)需要，模仿動(dòng)物的角、嘴、牙、爪制造弓箭、長(zhǎng)矛、戈、戟、刀、抓、鉤、鞭、锏等十八般兵器，到現(xiàn)代模仿飛禽昆蟲發(fā)明的飛機(jī)，模仿魚和海獸制造的軍艦，模仿飛魚和響尾蛇制造的導(dǎo)彈，模仿昆蟲制造的太空飛船和機(jī)器人，提高了武器的威力，豐富了戰(zhàn)爭(zhēng)的形式和內(nèi)容。

二、軍事仿生技術(shù)的應(yīng)用

（二）軍事仿生技術(shù)在武器制造上的應(yīng)用 1.蛛網(wǎng)與裝甲

蜘蛛在世界上分布很廣，約 4萬種，棲息干除南極洲以外的六大洲。劇毒蜘蛛能攻擊人類并致人死命；普通蜘蛛以織網(wǎng)聞名。絲線為骨蛋白，在體內(nèi)呈液體狀態(tài)，到體外遇空氣才硬化成絲。蜘蛛絲具有很強(qiáng)的軸滯性，小昆蟲一巳進(jìn)入蛛網(wǎng)，便只有等著成為蜘蛛的腹中物了。在美國(guó)南部的佛羅里達(dá)州和許多拉美國(guó)家，生活著一種別名叫作“金眼”的蜘蛛，它素以結(jié)網(wǎng)粘捕飛鳥而著稱。近年來，美國(guó)軍方經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)它的蛛絲的抗張強(qiáng)度和彈性俱佳，其強(qiáng)度相當(dāng)于同等直徑的鋼絲的 5 倍，是制作防彈衣物極為理想的材料。目前，科學(xué)家們已經(jīng)開始運(yùn)用仿生學(xué)理論研制人工蜘蛛絲，以期求得強(qiáng)力更高且重量更輕的防彈材料。受此啟示，英國(guó)劍橋一所技術(shù)公司試制成一種猶如蜘蛛絲一樣的高強(qiáng)度纖維。利用紡織技術(shù)把這種纖維加以紡織或者做成復(fù)合材料，可以用來作防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等的結(jié)構(gòu)材料。

2.蝴蝶與衛(wèi)星溫控系統(tǒng)

蝴蝶因其美麗的外表而惹人喜愛，蝴蝶一般色彩鮮艷，身上有好多條紋，色彩較豐富，翅膀和身體有各種花斑，最大的蝴蝶展翅可達(dá)28～30厘米左右，最小的只有 0.7 厘米左右，然而，如此小巧美麗的昆蟲卻藏著大奧秘，蝴蝶身體表面生長(zhǎng)著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)氣溫上升、陽光直射時(shí)，蝴蝶身體表面的鱗片會(huì)自動(dòng)張開，以減少陽光的輻射角度，從而減少對(duì)陽光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，蝴蝶鱗片會(huì)自動(dòng)閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍內(nèi)，這曾解決了曾困擾研究人員很久的問題，遨游太空的人造衛(wèi)星，當(dāng)受到陽光強(qiáng)烈輻射時(shí)，衛(wèi)星溫度會(huì)高達(dá) 2000℃，而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星溫度會(huì)下降至-200℃左右，這很容易損壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表，而蝴蝶則帶給人啟迪，從而人們?yōu)槿嗽煨l(wèi)星設(shè)計(jì)了一套溫控系統(tǒng)。

3.烏賊和魚雷誘餌

烏賊身體扁平柔軟，非常適合在海底生活。烏賊平時(shí)做波浪式的緩慢運(yùn)動(dòng)，可一遇到險(xiǎn)情，就會(huì)以每秒15 米（54公里/小時(shí)）的速度把強(qiáng)敵拋在身后。有些烏賊移動(dòng)的最高時(shí)速達(dá)150 千米。它不但逃走快，捕食更快。烏賊是水中的變色能手，其體內(nèi)聚集著數(shù)百萬個(gè)紅、黃、藍(lán)、黑等色素細(xì)胞，可以在一兩秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)調(diào)整體內(nèi)色素囊的大小來改變自身的顏色，以便適應(yīng)環(huán)境，逃避敵害。烏賊的體內(nèi)有一個(gè)墨囊，里面有濃黑的墨汁，在遇到敵害時(shí)迅速噴出，誘騙攻擊者上當(dāng)，掩護(hù)自己逃生，潛艇設(shè)計(jì)者們仿效其設(shè)計(jì)成魚雷誘餌?，F(xiàn)在魚雷誘餌酷似一艘袖珍潛艇，既可按潛艇的航向航行，航速不變；也可模擬噪聲．螺旋槳節(jié)拍．聲信號(hào)和多普勒音調(diào)變化等。正是它這種惟妙惟肖的表演，令敵潛艇或攻擊中的魚雷真假難辨。

（二）軍事仿生技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)

猛虎戰(zhàn)術(shù) 在自然界中，有強(qiáng)大的動(dòng)物，也有弱小的動(dòng)物，強(qiáng)大的動(dòng)物進(jìn)攻能力也很強(qiáng)，老虎就是其中一個(gè)例子，它身強(qiáng)體壯，牙利爪尖，兇狠無比，在自然界中除了獅子和大象之外，其他動(dòng)物均不是它的對(duì)手。老虎屬于夜行性，善于游泳，以兇猛 而聞名于世。我國(guó)軍隊(duì)就從其中受到啟發(fā)，發(fā)明了夜戰(zhàn)，成為了克敵制勝的傳統(tǒng)戰(zhàn)法，還模仿老虎撲食的兇猛動(dòng)作創(chuàng)造了猛沖，猛追，猛打的三猛戰(zhàn)術(shù)，許多部隊(duì)通過這種猛虎戰(zhàn)術(shù)取得了輝煌的成果。我國(guó)著名軍事學(xué)家劉伯承元帥對(duì)猛虎撲食的方式十分感興趣，并據(jù)此發(fā)明了猛虎掏心的戰(zhàn)術(shù)，在解放戰(zhàn)爭(zhēng)中取得了輝煌戰(zhàn)果。

狼的戰(zhàn)術(shù)

狼是一種十分狡猾的動(dòng)物，擁有善于奔跑的長(zhǎng)足，銳利的牙齒和大口，有的人認(rèn)為狼兇暴殘忍，有的人認(rèn)為狼重視族群，懂得忍耐與放棄。狼通常群居活動(dòng)，其戰(zhàn)術(shù)有以下三個(gè)特點(diǎn)。第一，突然襲擊，出其不意，第二，選擇孤立弱小的目標(biāo)四面攻擊，使其顧此失彼，第三，多路追擊，平行追擊。狼的戰(zhàn)術(shù)引起了西方資產(chǎn)階級(jí)軍事家的重視，第二次世界大戰(zhàn)期間，納粹德國(guó)潛艇部隊(duì)的司令員鄧尼茨模仿狼群攻擊獵物的方法，創(chuàng)造了狼群戰(zhàn)術(shù)，既潛艇協(xié)同攻擊戰(zhàn)術(shù)，在第二次世界大戰(zhàn)初期獲得了巨大戰(zhàn)果，一度給同盟國(guó)的大西洋運(yùn)輸造成了嚴(yán)重?fù)p失。

2.防御戰(zhàn)術(shù)

動(dòng)物合群抗敵與環(huán)形防御

進(jìn)行群體生活的動(dòng)物能獲得多方面的好處，一方面，它們能依靠群體力量抗擊強(qiáng)大敵人的襲擊，另一方面，環(huán)形防御沒有暴露薄弱部位，能抵抗來自四面八方的進(jìn)攻，人們把這種戰(zhàn)術(shù)在軍事中運(yùn)用為裝甲防護(hù)圈，裝甲防護(hù)圈有以下幾個(gè)好處：第一，防御快，第二，防御堅(jiān)固，第三，沒有暴露的一側(cè)和前后方之分，第四，應(yīng)變能力強(qiáng)，可變性大。

迷彩偽裝

自然界中的動(dòng)物在長(zhǎng)期淘汰和競(jìng)爭(zhēng)中，逐漸形成了用顏色保護(hù)自己的本能，其身上的顏色多與之生活的環(huán)境相適應(yīng)，比如北極熊，北極熊長(zhǎng)年累月在北極的冰天雪地中生存，身上長(zhǎng)滿了白毛，與冰雪的顏色保持一致，獵豹長(zhǎng)期生活在草原和叢林，身上有淡黃色花紋，與地面的顏色相似。

3.仿生戰(zhàn)略

戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)不同，一般指從總體和全局出發(fā)，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的全局設(shè)計(jì)，是一種謀略。在自然界中，有很多動(dòng)物具有天然的生存策略，比如蜘蛛，蜘蛛是一種食肉性動(dòng)物，它捕食的生物不僅數(shù)量多，種類廣，而且手段相當(dāng)高明，它在狩獵捕食的時(shí)候，具有令人驚嘆的勇氣和極大的耐心，它不怕失敗和從不灰心的行為曾經(jīng)給許多戰(zhàn)略家以啟發(fā)，在美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)期間美國(guó)第一任總統(tǒng)華盛頓所率領(lǐng)的軍隊(duì)曾被英國(guó)的殖民軍大敗，他本人也被殖民軍趕到了荒野，他開始對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利感到灰心了，他在無意中看到自然界中的蜘蛛面對(duì)各種阻礙，依然沒有放棄，從而成功織網(wǎng)。從此，在戰(zhàn)爭(zhēng)中，當(dāng)他面臨困境時(shí)，總會(huì)用蜘蛛織網(wǎng)的故事來鼓勵(lì)自己與自己的軍隊(duì)，最終贏得了美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。1794年的深秋，法國(guó)資產(chǎn)階級(jí)革命家拿破侖率軍攻打荷蘭，荷蘭人打開各條河流的水閘，用用洪水阻擋法軍，當(dāng)法軍正準(zhǔn)備要撤退的時(shí)候，卻接到了大量蜘蛛在吐絲織網(wǎng)的報(bào)告，拿破侖當(dāng)機(jī)立斷，下令就地待命，原來，蜘蛛吐絲織網(wǎng)預(yù)示著干冷天氣即將到來，不久，寒潮果然來襲，河水冰凍，法軍踏冰前進(jìn)，攻陷了荷蘭的烏得勒支城。華盛頓和拿破侖均從蜘蛛身上受到啟發(fā)，受到鼓舞，制定了正確的軍事戰(zhàn)略，這便是仿生戰(zhàn)略中的一個(gè)典例。

三、軍事仿生技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）由表及里

軍事仿生技術(shù)由外形、動(dòng)作模仿向微納結(jié)構(gòu)仿生的發(fā)展幾乎都以自然新原理、新方法、新規(guī)律、新現(xiàn)象的揭示與發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，由“由表及里”生物結(jié)構(gòu)表征技術(shù)水平所決定。生物結(jié)構(gòu)表征技術(shù)是仿生技術(shù)發(fā)展的源動(dòng)力，亟需發(fā)展“由表及里”生物結(jié)構(gòu)表征新方法、新原理、新裝備，為揭示自然神奇奧秘提供技術(shù)手段。

（二）由簡(jiǎn)到繁

人們不斷學(xué)習(xí)、借鑒自然界生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其特性，使得仿生技術(shù)的思想由簡(jiǎn)單的外形單一仿生逐漸向復(fù)雜整體和系統(tǒng)仿生發(fā)展，從而導(dǎo)致了許多新概念武器裝備的出現(xiàn)。大量事實(shí)表明，仿生技術(shù)應(yīng)用于軍事及其他領(lǐng)域無不經(jīng)歷設(shè)計(jì)“由簡(jiǎn)到繁”、最終導(dǎo)致新概念武器裝備出現(xiàn)的過程。

（三）由宏到微

生物材料、生物結(jié)構(gòu)的多尺度微納結(jié)構(gòu)特征是導(dǎo)致其優(yōu)異功能的主要因素，往往會(huì)產(chǎn)生出軍事領(lǐng)域所需要的新效應(yīng)、新效能，如蝴蝶翅膀鱗粉光子效應(yīng)可用于隱身；荷葉疏水的多級(jí)微納結(jié)構(gòu)可用于減阻自潔。為獲得與生物材料、生物結(jié)構(gòu)一樣的新效應(yīng)、新效能，發(fā)展仿生材料制造技術(shù)，滿足多尺度復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)成形制造要求，就成為仿生材料發(fā)展的核心關(guān)鍵。因此，必須大力發(fā)展仿生材料制造技術(shù)，突破“由宏到微”仿生材料制造技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)一系列軍事所需新效能，為武器裝備發(fā)展帶來變革性的突破。

參考文獻(xiàn)

［1］劉福林.仿生學(xué)發(fā)展過程的分析［J］ 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2007 35（15）4404-4405 ［2］朱天陽 周俊良 姚敏.淺談仿生學(xué)在軍事發(fā)展中的應(yīng)用［J］ 學(xué)術(shù)論壇 2015 133 ［3］張德遠(yuǎn)，陳華偉，張 鑫，梁建宏.軍用仿生技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］ 國(guó)防科技 2013 Vol．34，No．6 1-5 ［4］李娜.自然睿智的啟示——當(dāng)代仿生形態(tài)設(shè)計(jì)方法研究［D］中國(guó)美術(shù)學(xué)院 2013 1-53 ［5］馬文慶.動(dòng)物與軍事仿生學(xué)［J］ 科學(xué)之友 2007 22-23

第二篇：仿生學(xué)論文：淺談昆蟲與仿生學(xué)

結(jié)課論文

作者： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院： 專業(yè)： TEL： EMAIL: 指導(dǎo)老師： 題目：淺談昆蟲與仿生學(xué)

淺談昆蟲與仿生學(xué)

xxx（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院xxx，2xxxxx）

摘 要：在生物界中昆蟲經(jīng)歷了長(zhǎng)期的進(jìn)化過程，發(fā)展出了許多與其所處生存環(huán)境相適應(yīng)的器官系統(tǒng)，它們結(jié)構(gòu)獨(dú)特、功能奇異，因此，昆蟲一直是仿生中最重要的對(duì)象之一。本文就昆蟲仿生的僅展及熱點(diǎn)，如：昆蟲的形態(tài)仿生、結(jié)構(gòu)仿生、感覺器官仿生、運(yùn)動(dòng)功能的仿生及其他特異能力的仿生進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：昆蟲，仿生，功能

仿生學(xué)(bionics)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非?？捎^。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。無論是在初期抑或是現(xiàn)在，仿生學(xué)主要以昆蟲為對(duì)象的仿生研究一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前,有關(guān)昆蟲仿生研究的主要方向有：昆蟲的形態(tài)仿生、結(jié)構(gòu)和功能的仿生、感覺器官的仿生、運(yùn)動(dòng)功能的仿生及其他特異能力的仿生等。[1]

一、昆蟲形態(tài)的仿生

昆蟲形態(tài)千差萬別。形態(tài)仿生是早期仿生的主要內(nèi)容，主要應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域，例如：模仿蝴蝶色彩和花紋的軍事偽裝設(shè)施；模仿蜻蜒翅膀上的翅痣在飛機(jī)的兩翼加上平衡重錘，解決飛機(jī)因高速飛行而引起振動(dòng)的棘手問題；模仿蝴蝶翅面上的鱗片隨陽光照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的原理，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)人造衛(wèi)星由于位置不斷變化而引起溫度驟然變化的控制。另外，一些昆蟲巢穴的形態(tài)結(jié)構(gòu)也是仿生研究的內(nèi)容。在一些大型建筑中，經(jīng)常模仿蜜蜂巢穴的六角形的架構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑物具有高強(qiáng)度力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)，既堅(jiān)固、美觀，又節(jié)省建材。

二、昆蟲結(jié)構(gòu)與功能的仿生

由于生存環(huán)境的關(guān)系，一些昆蟲在進(jìn)化過程中形成了非常獨(dú)特的體表微細(xì)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)為仿生學(xué)家所關(guān)注。例如：大鳳蝶的翅膀顏色是黃、藍(lán)色，但看起來卻是閃閃發(fā)光的綠色。原因乃是布滿在翅膀上的微型小坑對(duì)光線的反射，人眼無法將從坑底反射的黃色光與周圍兩次反射的蘭色光區(qū)分開來，從而感覺到的是綠色。研究如何模仿蝴蝶翅膀表面細(xì)微結(jié)構(gòu)開發(fā)新型防偽技術(shù)(如防偽紙幣或信用卡)已成為該領(lǐng)域重要的課題。

另外，人們注意到一些甲蟲的體表很少黏附土壤(盡管它們常年生活在土壤和糞堆中)。坦克的履帶和汽車的輪胎以及其他地面作業(yè)機(jī)械容易黏附泥土，既降低功效又縮短使用壽命。通過研究土壤昆蟲(如蜣螂)的體表微觀構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)體表的非光滑結(jié)構(gòu)、體液和負(fù)性電位有利于減黏脫附，利用這些特性，進(jìn)行仿生研究，解決地面機(jī)械的土壤黏附問題,開發(fā)出對(duì)土壤的黏附大為減少的仿生犁和仿生推土機(jī)鏟等。[2]

三、昆蟲感覺器官的仿生

在嗅覺方面，很多昆蟲具有高度靈敏的嗅覺。昆蟲觸角上分布有不同類型的嗅覺感受器，感受器的類型不同決定了昆蟲對(duì)不同化學(xué)物質(zhì)的分辨率。不同的昆蟲嗅覺靈敏度有差異,觸角的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)是其重要的決定因素。除了高靈敏度以外，昆蟲的嗅覺感受器還具有高分辨率和高度特異性的特點(diǎn)。目前，各國(guó)都在加緊研制實(shí)用的仿昆蟲觸角的嗅覺感受器檢測(cè)裝置。有的直接將昆蟲觸角與場(chǎng)效應(yīng)管相連組成氣味物質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)；有的則仿昆蟲嗅覺感受器排列組合研制復(fù)傳感器(傳感器陣列)。德國(guó)和法國(guó)科學(xué)家研究嗅覺感受器并將其用于機(jī)器人的嗅覺導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的的研究人員則通過研究蝗蟲觸角葉接收氣味信號(hào)的特點(diǎn)，提出一種新的網(wǎng)絡(luò)模型，其核心是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間可以相互連接形成一個(gè)系統(tǒng)而使他們能識(shí)別比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更多的信號(hào)。

就聽覺系統(tǒng)而言，聲源定位能力是最顯著的屬性之一，對(duì)有些昆蟲來說，這種能力是生死攸關(guān)的。例如，昆蟲(蛾類)“反捕獵”行為，可以聰明地閃避蝙蝠的追捕；神經(jīng)解剖學(xué)研究表明，昆蟲(蛾類)鼓膜耳僅有2個(gè)聽覺感受器細(xì)胞，但能非常靈敏地偵聽出蝙蝠的超聲信號(hào)。因此，模仿昆蟲聽覺結(jié)構(gòu)，研究其對(duì)聲發(fā)射、接收、聽信息加工及運(yùn)動(dòng)調(diào)控的感覺神經(jīng)生物學(xué)與神經(jīng)行為學(xué)原理，可望開發(fā)先進(jìn)的“反聲納”裝置。[3]

在視覺方面，盡管昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其功能卻是人和哺乳動(dòng)物的單眼所不及。例如：螳螂能在0105s內(nèi)一躍而起，吞下飛行中的小蟲。在如此短的時(shí)間內(nèi)，它需要準(zhǔn)確測(cè)出小蟲大小、飛行方向和速度，而螳螂僅靠其1對(duì)大復(fù)眼和頸部的一個(gè)本體感受器即可實(shí)現(xiàn)。此外,昆蟲復(fù)眼還能感知偏振光、紫外光等。根據(jù)這些現(xiàn)象和原理，已經(jīng)進(jìn)行了很多成功的仿生應(yīng)用，如：一次可拍攝1329張照片的蠅眼照相機(jī)；仿昆蟲復(fù)眼的先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)；仿昆蟲復(fù)眼研制成功的空對(duì)地速度計(jì)以及偏振光導(dǎo)航儀。實(shí)際上，昆蟲的復(fù)眼本身是一個(gè)精巧的導(dǎo)航控制系統(tǒng)，根據(jù)多年的研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲(特別是家蠅)具有快速、準(zhǔn)確地處理視覺信息的能力，能實(shí)時(shí)計(jì)算出前面飛行物的方位與速度，同時(shí)發(fā)出指令控制并校正自己的飛行方向和速度，以便跟蹤和攔截目標(biāo)。對(duì)昆蟲復(fù)眼這一定向?qū)Ш较到y(tǒng)的研究已得到廣泛重視。目前，各國(guó)都在加緊昆蟲視覺仿生研究，試圖模仿昆蟲復(fù)眼成像機(jī)理以及昆蟲視覺信息處理過程，研制新型靶標(biāo)自動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)。

在昆蟲感覺器官仿生(尤其是視覺仿生)方面，國(guó)內(nèi)外都給予了高度關(guān)注，目前有2個(gè)熱點(diǎn)：一是試圖研制出對(duì)化學(xué)物質(zhì)高度敏感的探測(cè)儀器；二是研究昆蟲復(fù)眼電子模型以及聽覺和嗅覺感受器電子模型，并將昆蟲的這類特異的感覺原理用于機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，以提高機(jī)器人的自主功能水平。

四、昆蟲運(yùn)動(dòng)功能的仿生

昆蟲的運(yùn)動(dòng)功能奇特，形式多樣，有的蠕動(dòng)、有的跳動(dòng)、有的飛行。昆蟲獨(dú)特的飛行機(jī)制一直為仿生學(xué)家所關(guān)注，如：昆蟲的翅與飛行、昆蟲飛行過程中的信號(hào)接收與傳遞、昆蟲的神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)及控制機(jī)理等。

上世紀(jì)末,人們提出了微型飛行器(microairvehicle,MAV)概念[4]?！拔⑿蜋C(jī)械飛行蟲”(micromechanicalflyingInsect,MFI)或“蟲型飛機(jī)”(entomopter)就是MAV的一種。由于其體積小,有很好的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性，最適于在室內(nèi)或野外小范圍內(nèi)進(jìn)行偵察;也可以攻擊載人飛行器及其它目標(biāo)。將MFI用于氣象數(shù)據(jù)收集、環(huán)境研究等方面，可大大減少費(fèi)用。美國(guó)NASA甚至計(jì)劃10年后將蟲型飛機(jī)用于火星探測(cè)。MFI的發(fā)展，在未來國(guó)家安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面將起至關(guān)重要的作用，正在世界范圍內(nèi)引起極大的關(guān)注。美國(guó)國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)從1992年就開始這種飛行器的論證工作，1995年組建了可行性研究小組，1997年撥款3500萬美元制訂一個(gè)為期4年的研制計(jì)劃，開展了一系列的研究，近年來取得重要進(jìn)展。然而，對(duì)于MFI或“蟲型飛機(jī)”的研究，若采用傳統(tǒng)的氣動(dòng)布局和飛行方式，可能會(huì)產(chǎn)生升力不足、穩(wěn)定性差和控制困難等一系列問題。而微小昆蟲則是大自然創(chuàng)造的“微型飛行器”，經(jīng)過上億年的進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)，在形態(tài)、運(yùn)動(dòng)方式以及利用“新型”空氣動(dòng)力學(xué)原理等方面,達(dá)到了近乎完美的程度。這是各國(guó)發(fā)展MFI技術(shù)加以仿生借鑒的核心。實(shí)際上,昆蟲飛行功能研究(尤其是MFI研究)已經(jīng)成為昆蟲仿生領(lǐng)域最熱烈的前沿方向之一。[5]

除了蟲型飛機(jī)外，昆蟲運(yùn)動(dòng)功能仿生的另一個(gè)方向是制造蟲型機(jī)器人，模仿昆蟲在陸地行走的腿足部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理，研制具有昆蟲足樣行走能力的機(jī)器人或蟲樣蠕動(dòng)的微型機(jī)車。這類機(jī)器人可被用于行進(jìn)到崎嶇不平的山路或其它非平坦地帶(如：地震后墻壁倒塌的廢墟中)執(zhí)行特殊的任務(wù)。

五、昆蟲其他特異能力的仿生

昆蟲的獨(dú)特自衛(wèi)武器的仿生：有些甲蟲在遇到敵害自衛(wèi)時(shí)可噴出致命液體。美國(guó)軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器。另外，一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在利用這種甲蟲自衛(wèi)武器原理研制二元化汽油：2個(gè)油箱分儲(chǔ)不能獨(dú)立燃燒的汽油中間體，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前才混合。或?qū)⑵胀ㄆ突烊肽撤N流體，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前再用特殊裝置將其分離還原成普通汽油。

昆蟲發(fā)光的仿生：一些昆蟲(如：螢火蟲)可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能,，且轉(zhuǎn)化效率幾乎100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。模仿螢火蟲的發(fā)光原理制成的冷光源使發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。此外，冷光源無論在軍事上還是民用上都具有非常廣闊的用途。仿昆蟲化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能和機(jī)械能也是昆蟲特異能力仿生的一個(gè)重要方向，這在蟲型飛機(jī)的能量供應(yīng)上有非常重要的用途。

昆蟲群體協(xié)作性的仿生：一些社會(huì)性昆蟲，如：螞蟻、蜜蜂等具有其特有的社會(huì)群體協(xié)作性，研究它們的這些群體習(xí)性，有的提出所謂“螞蟻算法”,有的將其原理用于研究MAV和多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)同工作。

綜上所述，昆蟲種群龐大、種類多樣、外形迥異、功能奇特，是極其重要的仿生資源。目前，國(guó)際上昆蟲仿生的熱點(diǎn)主要集中在仿昆蟲飛行器研制蟲型機(jī)器人或蟲型飛機(jī)、仿昆蟲觸角感受器開發(fā)生物傳感器、仿昆蟲視覺及其控制機(jī)理進(jìn)行機(jī)器人導(dǎo)航、仿昆蟲表面微結(jié)構(gòu)研制新型脫黏附和防偽技術(shù)、仿昆蟲感覺系統(tǒng)研制聲納Π反聲納裝置等。我國(guó)在這些方面雖然都有所涉及，但尚不夠深入，整體水平也有待提高。今后需要大力開展昆蟲仿生資源研究，面對(duì)數(shù)以百萬計(jì)的昆蟲種類及其復(fù)雜精妙的結(jié)構(gòu)，昆蟲仿生必然有所選擇，常見的昆蟲易被作為仿生對(duì)象，但不太常見功能更為奇特的昆蟲(如：在極端環(huán)境下生活的昆蟲)更是值得開發(fā)的資源。與此同時(shí),要進(jìn)一步開拓仿生研究的新領(lǐng)域，尤其要注重昆蟲特異能力(如：特異的感覺能力、信息處理能力)的仿生。只有通過多學(xué)科的交叉，結(jié)合現(xiàn)代生物學(xué)、工程學(xué)、微電子學(xué)等學(xué)科的研究技術(shù)和方法，加強(qiáng)對(duì)昆蟲器官組織和細(xì)胞的生物學(xué)特性、功能及其機(jī)理的基礎(chǔ)研究，深入理解昆蟲各器官系統(tǒng)的生理學(xué)、生物化學(xué)、生物信息學(xué)等生物過程及其相關(guān)功能，才能在比較高的層次上更加有效地進(jìn)行昆蟲仿生。

參考文獻(xiàn)：

[1]仿生學(xué)-百度百科http://baike.baidu.com/view/803.htm [2]程紅,孫久榮,李建橋,任露泉.昆蟲學(xué)報(bào),2002,45(2):175～181 [3]肖占中.世界軍事,1996,(11):64.[4]微型飛行器:像昆蟲那樣飛,遼寧日?qǐng)?bào),劉洪宇,2011-01-14 [5]微型飛行器-百度百科 http://baike.baidu.com/view/263652.htm

第三篇：仿生學(xué)研究報(bào)告上傳

《自然界材料構(gòu)筑科學(xué)與創(chuàng)新思維》研究報(bào)告

指導(dǎo)教師: 學(xué)號(hào)：

姓名：

目錄

一、仿生學(xué)概念

二、自己對(duì)仿生學(xué)的理解

三、仿生學(xué)的應(yīng)用 1.利用動(dòng)物體的特性（1）利用魚鳥的特點(diǎn)為火車入隧道過程降噪（2）利用鯊魚皮表面的特點(diǎn)進(jìn)行抗菌

（3）利用珊瑚體秘方減少二氧化碳的排放（4）學(xué)習(xí)小生物如何從霧氣中獲取水分 2.利用植物體的特性（1）利用樹沿壓力線重組的特性構(gòu)造輕量化材料

（2）利用葉子的光合作用制造太陽能電池（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具（4）王蓮能夠托起超重物體 3.利用細(xì)胞特性

（1）利用細(xì)胞膜的特性制造去鹽薄膜

四、小結(jié)

一、仿生學(xué)的概念

仿生學(xué)是指人類模仿生物功能，來發(fā)明創(chuàng)造的科學(xué)。它是一門新型邊緣學(xué)科。研究對(duì)象是生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術(shù)之中。該學(xué)科的問世，大大開闊了人類的技術(shù)眼界，顯示了巨大的發(fā)展?jié)摿Γ侨祟愔腔鄣慕Y(jié)晶。

二、自己對(duì)仿生學(xué)的理解

仿生學(xué)就是通過理解動(dòng)物的自身特性，以及它們利用這些特性所做出的利于自己生存的本領(lǐng)，再經(jīng)過人類能動(dòng)性的思考，抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用聯(lián)系的思想加以應(yīng)用于人類的生活和生產(chǎn)，為人類創(chuàng)造便捷和更有突破的生活方式。我們的生活、生產(chǎn)中不缺乏一些例子。例如，我們平時(shí)最討厭的在空中到處亂飛的蒼蠅，利用蒼蠅的鼻子嗅覺原理可以制作小型的氣體探測(cè)儀，利用蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）進(jìn)行模仿，將它制成了“振動(dòng)陀螺儀”，應(yīng)用到了火箭和高速飛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛；利用蝙蝠發(fā)出的超聲波可以與障礙物反彈的原理制成了制造出了雷達(dá)，應(yīng)用到了飛機(jī)航空中。螢火蟲腹部的發(fā)光器中的熒光酶的作用下，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，正是利用這樣的原理，創(chuàng)造了日光燈......像這樣仿生學(xué)的例子數(shù)不勝數(shù)。接下來，讓我們具體看一看仿生學(xué)的應(yīng)用。

三、仿生學(xué)的應(yīng)用

1.利用動(dòng)物體的特性

（1）利用魚鳥的特點(diǎn)為火車入隧道的過程降噪

有一名工程師J.R.韋斯特是研究子彈列車項(xiàng)目的一個(gè)成員，由于子彈列車的車頭是圓的，所以每次經(jīng)過山洞的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一種沖擊波，以至于駛出山洞的時(shí)候會(huì)發(fā)出音爆巨響。所以這個(gè)工程的工程師領(lǐng)隊(duì)就號(hào)召大家想辦法降低子彈列車駛出山洞時(shí)的音量。其中J.R.韋斯特也是一名鳥類愛好者，在研究學(xué)習(xí)中，他觀看了一個(gè)翠鳥的視頻，發(fā)現(xiàn)這種鳥在一種介質(zhì)進(jìn)入另一種不同密度的介質(zhì)（從空氣進(jìn)入水），沒有濺起一絲的水花。于是工程師們從翠鳥的喙上找到了靈感，流線型的長(zhǎng)喙從尖端到頭部的直徑是逐漸增大的，潛水時(shí)會(huì)讓水流向身后。通過將子彈頭列車的車頭部分改造成翠鳥鳥喙的形狀，工程組解決了這個(gè)疑難已久的問題：大大降低了音噪，速度也隨之提高了10%,節(jié)省了15%的電力。（2）利用鯊魚皮表面的特點(diǎn)進(jìn)行抗菌

鯊魚在茫茫大海中游走，面對(duì)著海底形形色色的生物卻不被它們所沾染，是如何做到的呢？是因?yàn)樗鼈儽砻娴钠つw結(jié)構(gòu)。它們的表面附著著一層鋸齒狀物。這層鋸齒狀物是凹凸不平的小鱗甲，它可以避免一些黏液、水藻和藤壺在身體上附著，讓它們失去了了立足之地，也就是讓細(xì)菌無法附著在鯊魚的表面上。醫(yī)院的墻壁正是采用了這種技術(shù)，把這種鋸齒結(jié)構(gòu)鋪在了墻壁上，有效避免了細(xì)菌的附著和滋生。這種方法大大優(yōu)于了利用抗菌或其他的洗液去除細(xì)菌的方式，因?yàn)樵S多細(xì)菌在與這種洗液抗?fàn)幍倪^程中，早已自然選擇出了那些抗藥性的

個(gè)體。所以這個(gè)“墻壁鋸齒化”的方法確實(shí)從根源上解決了這一大難題。

（3）利用珊瑚體的秘方減少二氧化碳的排放

現(xiàn)如今的生產(chǎn)生活已經(jīng)比拼的不僅僅是生產(chǎn)效率的高低，更加考驗(yàn)的是如何綠色低碳的生產(chǎn)。有間美國(guó)的水泥制造廠名叫Clara，他們利用了珊瑚體的一些自身特性——能夠大量吸收二氧化碳，變廢為寶。工廠利用這點(diǎn)將大量的二氧化碳其轉(zhuǎn)換成水泥、混凝土等有用的建筑材料，這樣就把平時(shí)生產(chǎn)模式中的方程式進(jìn)行了調(diào)換，原本生產(chǎn) 一噸的建筑材料會(huì)排放一頓的二氧化碳，現(xiàn)在則減少了將近一半的排放量，大大減輕了對(duì)環(huán)境的污染程度。（4）學(xué)習(xí)小生物如何從霧氣中獲取水分

生活在納米比亞沙漠的一種小生物，由于在沙漠中能夠在攝取水分而一直存活，沒有消亡。雖然他們沒有新鮮水分可以飲用，但是他們依靠從霧氣中獲取水分的方法，維持著生命。在它翅膀的后側(cè)有部分凸起，這個(gè)突起具有親水的前端和蠟質(zhì)的旁側(cè)，使其具有親水特性，這樣霧氣會(huì)回凝在尖端，然后從旁側(cè)流下直到進(jìn)入嘴中。一些建筑就利用到了它的特性。建筑師把這項(xiàng)科技應(yīng)用到了建筑涂料中，這樣可以將霧氣回收利用，比捉霧網(wǎng)的作用好上10倍！

2.利用植物體的特性

（1）利用樹沿壓力線重組的特性構(gòu)造輕量化材料

樹木通常沿著壓力線自我重組，利用這種結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造輕量骨

架，即利用樹木的那種拉伸應(yīng)力，制造齒輪，讓齒輪能夠在一定的自身承受范圍內(nèi)；利用樹脂材料，我們還可以構(gòu)建汽車的骨架，這樣可以使用最少的材料構(gòu)建它，同時(shí)樹脂材料也可以協(xié)助促使橋梁輕量化，建筑鋼筋輕量化，從而獲取最大限量的支撐力。（2）利用葉子的光合作用的方式制造太陽能電池

基于葉子的運(yùn)作方式，葉子通過光合作用對(duì)太陽進(jìn)行吸收，太陽能電池正是基于這種將太陽能轉(zhuǎn)換的方式，轉(zhuǎn)換成了電能，利用了這一思想，將葉片的表面轉(zhuǎn)換成電池的表面，太陽能電池的表面擁有吸收陽光的物質(zhì)，這一物質(zhì)仿造了葉片表面，從而合理吸收了太陽能。（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具

荷葉“出淤泥而不染”，露珠在上面也呆不住。荷葉為什么能不沾泥土和水？中科院專家分析了荷葉的表面細(xì)微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表面有許多乳狀突起，這些肉眼看不見的小顆粒，正是“荷花自潔效應(yīng)”的成因，可以讓荷葉不沾染臟東西。于是，專家們模仿了荷葉的表面結(jié)構(gòu)，研制出人工仿生荷葉。仿生荷葉實(shí)際上是一種人造高分子薄膜，該薄膜具有不沾水和不沾油的性質(zhì)。同時(shí)，仿生荷葉還具有類似荷葉的“自我修復(fù)”功能，仿生表面最外層在被破壞的狀況下仍然保持了不沾水和自清潔的功能。這項(xiàng)研究可用于開發(fā)新一代的仿生表面材料和涂料。新型的“仿生荷葉薄膜”可以用于制造防水底片等防水產(chǎn)品。仿生荷葉涂料刷墻將不沾灰塵；同樣，我們也可以應(yīng)用到雨衣或者廚具上，這樣就可以防水防油了。（4）王蓮能夠托起超重物體

王蓮的葉子很大，直徑有2米多，四周向上反卷，像一個(gè)大平底鍋。蓮葉向陽的一面淡綠色，非常光滑；背陰的一面土紅色，密布粗壯的葉脈和很長(zhǎng)的刺毛。雖然只是一片巨大的葉子，但它的支撐和承重能力卻極不一般。在一片王蓮葉上，站一名35公斤的少年，它仍能像小船一樣穩(wěn)穩(wěn)地浮在水面上；即使是在葉面上均勻地平鋪一層75厘米厚的細(xì)沙，這個(gè)“大平底鍋”依然紋絲不動(dòng)，決不會(huì)沉入水中。人們通過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，這異常強(qiáng)大的力量來自縱橫交錯(cuò)、粗細(xì)不等的葉脈。蓮葉背面有許許多多粗大的呈放射狀的葉脈，之間還有鐮刀形的橫筋緊密聯(lián)結(jié)，構(gòu)成了一種非常穩(wěn)定的網(wǎng)狀骨架。蓮葉較強(qiáng)的承重能力由此而來。

3.利用細(xì)胞特性

（1）利用細(xì)胞膜的特性制造去鹽薄膜

大自然中有很多的凈水需要我們?nèi)コ}，然而現(xiàn)在很多的除鹽方法不是太低效，太復(fù)雜，就是成本高。剛開始我們的方法是用水?dāng)D壓細(xì)胞膜，細(xì)胞膜堵塞，而且發(fā)現(xiàn)這樣的方法太費(fèi)電。而大自然的方法則是優(yōu)雅的，它僅僅利用的是細(xì)胞膜的通透性，由于細(xì)胞膜表面會(huì)有沙漏形的小孔，叫做水孔蛋白。它們能讓水分子通過，而留住離子等溶解質(zhì)。有些公司就開始模仿這種結(jié)構(gòu)制造去鹽薄膜，這樣能夠高效地利用這種結(jié)構(gòu)，徹底分離開水與鹽的離子溶解質(zhì)。

四、小結(jié)

仿生學(xué)是一門新學(xué)科，這門學(xué)科嘗試向自然界中的一些“天才”學(xué)習(xí)和借鑒經(jīng)驗(yàn)，通過聽取他們的一些“建議”，整理他們的建議，形成自己對(duì)待事物的新的解決方法。這些動(dòng)物植物甚至是微生物，他們都有著自己的生存規(guī)律，適應(yīng)著復(fù)雜多變的生存環(huán)境。就好比一個(gè)蜂族，它們利用自己的“智慧”，創(chuàng)造出如此精致富有層次感的蜂巢，讓人們相信了動(dòng)物其實(shí)是有它們的天分的，我們不僅僅是那個(gè)最有創(chuàng)造性的群體，很多的突破我們都要依靠低級(jí)的動(dòng)物去給予我們靈感實(shí)現(xiàn)。在這樣的事實(shí)面前我們不得不承認(rèn)在這些低等的動(dòng)植物面前，我們確實(shí)不能像它們一樣，利用自己的特點(diǎn)優(yōu)雅的生存著；更不得不感慨仿生學(xué)這項(xiàng)事業(yè)的偉大，它能為我們帶來的是前所未有的突破，也可能是巨大的精神財(cái)富，讓我們長(zhǎng)久安定的存活在這個(gè)藍(lán)色的星球上。相信在這個(gè)新世紀(jì)，人類會(huì)更好地利用生物本身的特點(diǎn)，完善人類的生產(chǎn)生活，使我們這個(gè)星球大大小小的各領(lǐng)域都能夠飛速運(yùn)轉(zhuǎn)起來！

第四篇：基于仿生學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用研究論文

一、仿生學(xué)與仿生設(shè)計(jì)

仿生學(xué)是模仿生物特殊本領(lǐng)的一門科學(xué)，仿生學(xué)一詞來自于希臘語“Bio”，代表“生命”，同時(shí)詞尾“nic”代表“具有……的性質(zhì)”。同時(shí)筆者認(rèn)為“仿生學(xué)學(xué)科領(lǐng)域是研究以具有生物系統(tǒng)特征的方式、以類似于生物系統(tǒng)方式或者是以模仿生物系統(tǒng)的系統(tǒng)性科學(xué)”。仿生學(xué)是一門現(xiàn)代才興起的跨領(lǐng)域科學(xué)，他最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。但是在后面的極長(zhǎng)的時(shí)間里，人類產(chǎn)生了大量出色的仿生設(shè)計(jì)。本文將選取一些汽車設(shè)計(jì)與燈具設(shè)計(jì)的實(shí)際案例進(jìn)行分析，它們都反映了產(chǎn)品設(shè)計(jì)世界中富多彩的仿生設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

同時(shí)仿生學(xué)界也有一種觀點(diǎn)“自然系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生大量的具有創(chuàng)意和實(shí)用性的解決方案，而且可以給人類帶來靈感，幫助人類在氣候控制、食品科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行大量的社會(huì)性創(chuàng)新”。然而，回望過去的設(shè)計(jì)歷史，從新藝術(shù)運(yùn)動(dòng)到流線型運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)領(lǐng)域雖然有大量的模仿自然世界的系統(tǒng)論和產(chǎn)品，但是仍然緊緊是在模仿自然世界對(duì)象的表面意象，對(duì)人類世界的產(chǎn)品和藝術(shù)形態(tài)進(jìn)行美化和雕琢。作為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的代表性行業(yè)之一，汽車設(shè)計(jì)和燈具設(shè)計(jì)行業(yè)始終徘徊在炫目的形態(tài)游戲與表象的仿生學(xué)邊緣。

二、仿生學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例和分析

（一）仿生學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在汽車設(shè)計(jì)中，仿生學(xué)是一種有歷史意義的設(shè)計(jì)方法之一，它的應(yīng)用角度一直在企業(yè)界和學(xué)術(shù)界產(chǎn)生極大的討論和關(guān)注。汽車設(shè)計(jì)在剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，以對(duì)汽車車身進(jìn)行差異化的裝飾和包裝，追求商業(yè)上的眼前利益。然而隨著汽車產(chǎn)生的進(jìn)一步發(fā)展，汽車給人類所在的生存環(huán)境帶來很多消極的因素：能源危機(jī)、大氣污染、城市堵塞等。這些負(fù)面現(xiàn)象使得設(shè)計(jì)界對(duì)汽車仿生造型設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法論進(jìn)行研究和討論。

目前汽車設(shè)計(jì)依然在模仿自然界生命的意象形態(tài)。在修辭學(xué)方面，人造產(chǎn)品是由特征、原理、情緒三種系統(tǒng)性科學(xué)論據(jù)組成的，在對(duì)象外部形態(tài)體現(xiàn)了汽車產(chǎn)品的表面特征。作為“自然界的翻譯者”的著名產(chǎn)品設(shè)計(jì)師路易吉·科拉尼，參考自身對(duì)于自然世界的獨(dú)到見解，運(yùn)用曲線模擬自然界生命意象，設(shè)計(jì)出歷史性的生物意象形態(tài)，進(jìn)一步將它用到汽車設(shè)計(jì)中。

在設(shè)計(jì)界，甲殼蟲汽車在模擬自然系統(tǒng)生命對(duì)象的設(shè)計(jì)論中當(dāng)屬最典型的案例。著名設(shè)計(jì)研究者帕帕奈克在情感化設(shè)計(jì)與仿生學(xué)理論的基礎(chǔ)上對(duì)甲殼蟲汽車的造型設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)論。他論述說：較小的生命形態(tài)特征讓人覺得需要唄保護(hù)和溫暖，并且將這種造型特征在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用，可以讓大家獲得對(duì)這輛車的情感化認(rèn)知。甲殼蟲的造型設(shè)計(jì)為汽車帶來了獨(dú)特的特征和味道，而且讓設(shè)計(jì)說話，帶給大家充實(shí)而生動(dòng)的情感體驗(yàn)。

仿生設(shè)計(jì)不僅在產(chǎn)品造型的角度發(fā)揮巨大價(jià)值，同時(shí)也關(guān)聯(lián)產(chǎn)品和服務(wù)構(gòu)成強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，能將全方位可持續(xù)的體驗(yàn)帶給消費(fèi)者。奔馳公司在進(jìn)行可持續(xù)未來汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，運(yùn)用仿生設(shè)計(jì)的系統(tǒng)論保證了汽車在能耗、安全性、低阻力等方面的優(yōu)勢(shì)，并且在汽車從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、駕駛、維護(hù)、廢物銷毀、再循環(huán)使用的全生命周期都進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)研究，力圖打造汽車生態(tài)系統(tǒng)。該公司的所有設(shè)計(jì)師都從自然界生物的流體力學(xué)研究出發(fā)，不斷從植物和動(dòng)物身上獲取靈感，最后發(fā)覺出提升汽車整體架構(gòu)強(qiáng)度、降低成本消耗、極大降低能耗和風(fēng)阻的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法，而且使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件對(duì)整體形態(tài)造型進(jìn)行計(jì)算，這樣就保證汽車在進(jìn)行測(cè)試階段非常安全，同時(shí)汽車也獲得了極大的輕量化設(shè)計(jì)。最近幾年，奔馳汽車不斷將自身的跨學(xué)科研究結(jié)晶向更高的領(lǐng)域推進(jìn)，他們研發(fā)的BIOME汽車現(xiàn)在可以從自然系統(tǒng)設(shè)計(jì)中脫離出來，研發(fā)人員在經(jīng)過深入研究后，使用最先進(jìn)的能源技術(shù)將汽車減輕到不可思議的地步，而且在成為廢品后可以自動(dòng)降解，形成極大的再循環(huán)，而且汽車還是用太陽能這一無限循環(huán)資源對(duì)傳統(tǒng)能源進(jìn)行替代，在環(huán)境友好方面又邁進(jìn)了一大步。

（二）仿生學(xué)在燈具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在燈具設(shè)計(jì)中，仿生學(xué)也可以產(chǎn)生巨大的作用，在結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)角度看，我們可以發(fā)現(xiàn)力學(xué)機(jī)構(gòu)可以模擬自然生物的身體全部分，包括植物的葉子、莖部、根與動(dòng)物的骨骼等部分。

設(shè)計(jì)師JohnWischhusen通過仿照人的骨骼設(shè)計(jì)的一個(gè)燈具，至今讓人回味無窮，感慨設(shè)計(jì)師強(qiáng)大的洞察力和勇氣，讓世人感受仿生設(shè)計(jì)帶給大家生活的獨(dú)特魅力和審美品位。

還有的燈具設(shè)計(jì)借鑒蜂巢的六角形排布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用其穩(wěn)定、節(jié)省原料、高強(qiáng)度等特點(diǎn)。而且設(shè)計(jì)師使用蜂巢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為產(chǎn)品帶來很多優(yōu)點(diǎn)，諸如隔音隔熱、重量輕等等，在各大交通器設(shè)計(jì)領(lǐng)域都經(jīng)常運(yùn)用。

在仿生形態(tài)趣味性方面，本身仿生的形態(tài)來自自然界，具有一定的趣味性，將他們運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，帶給大家可愛、溫暖、自然的全方位感覺。比如著名的蜜蜂臺(tái)燈設(shè)計(jì)，他的反光板運(yùn)營(yíng)蜜蜂翅膀的形態(tài)，燈泡運(yùn)用蜜蜂頭部的形態(tài)，支撐結(jié)構(gòu)的造型來源于蜜蜂的腳形態(tài)，整個(gè)臺(tái)燈的設(shè)計(jì)完全模擬了一只休息的蜜蜂，非常傳神和有趣。

三、仿生設(shè)計(jì)的未來展望

仿生設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)跨領(lǐng)域、獨(dú)創(chuàng)性、邊緣化，不管仿生設(shè)計(jì)的理論、內(nèi)容、方法的發(fā)展，這些特征都是表現(xiàn)的很明顯。

（一）技術(shù)與藝術(shù)的齊頭并進(jìn)

仿生設(shè)計(jì)用句古話說就是為了活著而設(shè)計(jì)，它是一種人類將科技和藝術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的造物方式。雖然這種生存理念被束縛在生命繁衍和延續(xù)的理性層面，但是這種生活方式卻是人類現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。

近現(xiàn)代仿生設(shè)計(jì)在世界經(jīng)濟(jì)、文化、生產(chǎn)的大背景下，依靠現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)，在社會(huì)完成現(xiàn)代化的同時(shí)，依靠自身的思想的綻放和啟蒙，會(huì)產(chǎn)生出大量的造物和思想意識(shí)的變革。里面混雜了科技是一切的實(shí)用意識(shí)形態(tài)，也有人本思想的人性化意識(shí)形態(tài)，而且他們總是各自在自身的領(lǐng)域發(fā)展著，不相互合作、欣賞，讓技術(shù)和藝術(shù)產(chǎn)生了巨大的分離，整個(gè)進(jìn)程缺乏前進(jìn)的動(dòng)力和欲望，降低了前進(jìn)的腳步，最后僅僅是為商業(yè)服務(wù)做出自己的微弱貢獻(xiàn)。

將來的仿生設(shè)計(jì)肯定會(huì)將技術(shù)與藝術(shù)齊頭并進(jìn)發(fā)展，會(huì)更多的追求先進(jìn)技術(shù)、情感化的全方位發(fā)展，在實(shí)用價(jià)值、情感價(jià)值等多角度發(fā)揮巨大的作用，讓設(shè)計(jì)們更多的探求這種技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合的可行性方案。

（二）實(shí)踐應(yīng)用和科學(xué)研究并行系統(tǒng)化發(fā)展

仿生設(shè)計(jì)的科學(xué)研究與實(shí)踐應(yīng)用，不僅要依靠同仿生學(xué)相關(guān)的電子、信息、物理、化學(xué)等科學(xué)的系統(tǒng)性科學(xué)理論支持，而且也要獲得感性工學(xué)、科學(xué)藝術(shù)甚至到達(dá)哲學(xué)層面的學(xué)科支持。例如“基于蟻群算法的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)規(guī)劃分析”、“基于進(jìn)化算法的仿生造型基因進(jìn)化”、“進(jìn)化算法在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的應(yīng)用”、“簇群空間和新陳代謝仿生設(shè)計(jì)”等課題都是現(xiàn)代仿生設(shè)計(jì)中關(guān)于仿生過程算法、仿生結(jié)構(gòu)算法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、仿生行為算法（群體智能）等仿生智能計(jì)算方法的應(yīng)用研究。

未來的科學(xué)研究與理論實(shí)踐定會(huì)形成從理念、到數(shù)據(jù)、再到方法論、最后到目標(biāo)等方面的有機(jī)仿生系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由大量的元素有機(jī)組成，而系統(tǒng)本身也屬于一個(gè)大的宏觀思維下的系統(tǒng)。以后的仿生設(shè)計(jì)不會(huì)僅僅是關(guān)注幾個(gè)單體設(shè)計(jì)元素和理念，更加注重與系統(tǒng)性的整合。該系統(tǒng)通過進(jìn)行基礎(chǔ)性科學(xué)研究，注重仿生設(shè)計(jì)元素和相關(guān)元素的系統(tǒng)性研究，必將仿生設(shè)計(jì)理論推動(dòng)到更高的戰(zhàn)略發(fā)展層面。

（三）以持續(xù)發(fā)展和社會(huì)和諧為目標(biāo)

仿生設(shè)計(jì)通常以研究自然生態(tài)為對(duì)象和目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)對(duì)自然世界整體趨勢(shì)和變化的把握，注重對(duì)自然生物與其關(guān)系的研究，從物質(zhì)到非物質(zhì)、復(fù)雜到簡(jiǎn)單、高端到低端等不同層次的系統(tǒng)研究，同時(shí)也包含著在跨學(xué)科基礎(chǔ)上的多樣性多層次研究，這樣的目標(biāo)是建立一個(gè)人和自然共同工作的系統(tǒng)。但是人和自然的工作方式不是獨(dú)立和封閉的，而是溝通順暢、融合的、交叉的、開放的系統(tǒng)，這樣才能謀求在未來獲得持續(xù)發(fā)展和社會(huì)整體和諧。人類在接近自然系統(tǒng)的同時(shí)，給大自然提供一定的保護(hù)。未來的仿生設(shè)計(jì)必將是從以人為本的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為以自然為本的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)，從戰(zhàn)略層面保護(hù)大自然生態(tài)系統(tǒng)的完整和健康，以人類和自然和諧共存為目標(biāo)準(zhǔn)則，造出一種更加自然和隨性的選擇境界，挖掘出任何自然和諧共存，可持續(xù)發(fā)展的道路和方法。

綜上所述，仿生設(shè)計(jì)以其特有的設(shè)計(jì)思想、理念和方法，把個(gè)體系統(tǒng)的需要放到整體系統(tǒng)中衡量，用符合生態(tài)學(xué)的環(huán)境科學(xué)原理的觀念去指導(dǎo)行動(dòng)，將不斷去探索人與自然的關(guān)系，尋求技術(shù)與自然、人類的協(xié)同一致，試圖預(yù)見并創(chuàng)造更高層次的人——自然——社會(huì)環(huán)境系統(tǒng)，這是現(xiàn)代仿生設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢(shì)和理想目標(biāo)，也是整個(gè)人類社會(huì)發(fā)展的追求。未來的仿生設(shè)計(jì)將滲透到人類社會(huì)生活的各個(gè)層面，對(duì)人類現(xiàn)在及未來的生活方式、價(jià)值觀念產(chǎn)生影響，參與到人和自然的共生與持續(xù)發(fā)展這個(gè)哲學(xué)命題的認(rèn)識(shí)和反思中去。

參考文獻(xiàn)：

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第五篇：仿生學(xué)聽課筆記

仿生學(xué)聽課筆記

資源環(huán)境學(xué)院09資源環(huán)境科學(xué)3班 孫怡

200930210319

我一直特別愿意學(xué)習(xí)對(duì)自己有用的東西。這個(gè)就是我選修仿生學(xué)的原因。

在我看來，與其說仿生學(xué)是一門學(xué)科，我更愿意把放生看作一種能力。這個(gè)不同于生物學(xué)或者設(shè)計(jì)學(xué)，仿生是必須基于對(duì)生物的了解之后才能進(jìn)行“仿”這個(gè)創(chuàng)造設(shè)計(jì)的步驟。

從定義上來看，仿生學(xué)是涵蓋生物電子學(xué)、生物傳感器、生物仿真材料、生物物理學(xué)、生物電機(jī)和生物大分子的自裝配等的一門交叉學(xué)科。而仿生學(xué)主要是研究和建立一類人工系統(tǒng)，使之具有生命系統(tǒng)的某些特性的學(xué)科。

上課始伊，是被那些外表絢麗的家居用品，汽車所吸引。那個(gè)時(shí)候就發(fā)現(xiàn)自然界的美麗是必須要經(jīng)歷了時(shí)間的洗禮之后才能夠感悟的。那些生動(dòng)的沙發(fā)椅子書桌的時(shí)候，我以為這個(gè)就是仿生學(xué)了。把生物形態(tài)或者說是大自然的瑰麗全部應(yīng)用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。那些創(chuàng)意獨(dú)特的產(chǎn)品吸引了很大一個(gè)群體的注意力，以此來提高購(gòu)買率。當(dāng)然仿生產(chǎn)品在生活中漸漸加深的滲透也是我們的生活變得趣味無窮。在這個(gè)創(chuàng)意至上的年代，同一個(gè)功能的東西，也許兩者就是一個(gè)創(chuàng)意的差別，在售價(jià)上就出現(xiàn)了很大的差別。然而這個(gè)時(shí)候才明白知識(shí)就是力量，能力就是金錢的真正寓意啊。比如說，一只簡(jiǎn)單的桃木椅子，在宜家也不過就是300多塊錢，可是加入了仿生的新型概念椅子，卻可以在展覽上賣到五位數(shù)。這個(gè)就是差距。然而學(xué)習(xí)可以彌補(bǔ)差距。了解仿生學(xué)，我想除了學(xué)習(xí)到這樣的一種理念之外，更多的時(shí)候是為了讓我們自己的思維面拓寬，以后做任何創(chuàng)意設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)可以往這方面想想。

隨著課程的加多，我慢慢的了解到。仿生學(xué)的意義不僅僅在于讓我們的生活變得更加繽紛多彩。仿生學(xué)在國(guó)防軍事上的應(yīng)用也有著重大的意義。

從魚雷到雷達(dá)這些已經(jīng)耳熟能詳?shù)能娛掠闷?，到機(jī)器人軍隊(duì)，這些都是仿生科技在軍事領(lǐng)域的功勞。要是沒有前人想到將生物界各種動(dòng)物的各種看家本領(lǐng)引申到人類科技上，可想而知人類世界將不會(huì)像現(xiàn)在這般便捷告訴的發(fā)展。我記得原來有人給我說過，每種生物都有自己最擅長(zhǎng)的技能，這些技能都是人類所沒有辦法達(dá)到的，然而人類最大的優(yōu)勢(shì)就是在于具有學(xué)習(xí)借鑒能力。這個(gè)才是最重要的。從夜視儀到電光鷹眼，我就發(fā)現(xiàn)，一場(chǎng)現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)除了戰(zhàn)略上認(rèn)為的制訂，其他的更像一場(chǎng)自然界各種生物的技能大比拼。好的，你有蝙蝠的雷達(dá)，我卻有夜蛾的反雷達(dá)技術(shù)。這個(gè)時(shí)候已經(jīng)不僅僅是靠戰(zhàn)士們拼勇搏殺的時(shí)候了，而是科技作戰(zhàn)數(shù)字作戰(zhàn)了。這個(gè)時(shí)候仿生學(xué)的重要性相信已經(jīng)不言而喻了。已經(jīng)到達(dá)國(guó)防的高度了，那么這門學(xué)科的實(shí)際意義更加是重要了。

在學(xué)習(xí)仿生學(xué)之前，我以為這門學(xué)科只是和那些花里胡哨的家居飾品，或者奢華的飾品有關(guān)。但是我知道仿生學(xué)除了與軍事領(lǐng)域息息相關(guān)之外，仿生學(xué)在很大程度上也改善了我們的生活。

之前我只以為仿生學(xué)只是把生物的形態(tài)顏色借鑒到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。然而后面才發(fā)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)和食品問題上，仿生學(xué)也發(fā)揮著舉足輕重的作用。從農(nóng)藥到仿生栽培上，在民生之本的農(nóng)業(yè)上，我們也不難發(fā)現(xiàn)仿生學(xué)的理念。這個(gè)時(shí)候仿生學(xué)就不僅僅只是一些形態(tài)的模仿了，更多的是利用這些概念，來簡(jiǎn)潔便利我們的生產(chǎn)活動(dòng)。大棚蔬菜，就是一個(gè)最為常見的仿生例子在農(nóng)業(yè)上的發(fā)展。這里的仿“生”仿的就不是生物了，而是生態(tài)?？梢哉f，仿生學(xué)的精華而不是在于生物的特性，而是“仿”這個(gè)概念，這種思維模式。善于借鑒。

終于要說到這一個(gè)學(xué)期的課程中，我印象最為深刻的一課。

某日上課的時(shí)候，兩位同學(xué)為我們放了一段視頻，說的就是外國(guó)一個(gè)醫(yī)生科學(xué)家，利用仿生學(xué)，讓已經(jīng)癱瘓了患者可以自理自己的生活。這個(gè)是事實(shí)，不是猜測(cè)估計(jì)，或者是對(duì)于現(xiàn)代科技的美好愿望。是真正已經(jīng)發(fā)生了的事情。

看到這個(gè)的時(shí)候，我的情緒是震驚的。這位醫(yī)生利用身體神經(jīng)，做了一些類似于我們神經(jīng)工作的電沖脈裝在病患身上，從而讓他可以開始自理自己的人生。看到這個(gè)的時(shí)候，我才想到，其實(shí)仿生學(xué)早就在醫(yī)學(xué)方面為我們做貢獻(xiàn)了，不是嗎？從助聽器到假肢，這些都是聰明的醫(yī)療工作者利用仿生學(xué)為病患爭(zhēng)取到的第二次機(jī)會(huì)。如果是這樣的話，仿人體大腦，這個(gè)人類最為重要的一個(gè)器官是不是也是指日可待了呢？這個(gè)太懸乎，我說不一定，可是寄予美好的想象也是可以的。我只能說隨著科技的日益發(fā)展，我相信有一天腦死的患者也可以重新開始自己的人生。仿生在醫(yī)療上的應(yīng)用時(shí)最為我多感動(dòng)的。第二次這樣的機(jī)會(huì)是多么可貴。我相信很多人都感受到了仿生學(xué)所帶來的福利。

一個(gè)學(xué)期的課程的學(xué)習(xí)，讓我覺得學(xué)習(xí)仿生學(xué)，學(xué)習(xí)應(yīng)該是一種理念一種態(tài)度?；蛟S仿生學(xué)應(yīng)該成為一門基礎(chǔ)課。每一個(gè)學(xué)科都將會(huì)和仿生學(xué)掛鉤，仿生學(xué)在我們的生活中無處不在，還有什么會(huì)比這個(gè)更要呢？正是仿生學(xué)的無處不在，所以才證實(shí)了這門課的重要性。

仿生學(xué)的巨大前景在于，我們需要。隨著科技的發(fā)展，我們需要這樣的智慧與技術(shù)。

09資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院

孫

怡

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