仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科课件.ppt

1、仿生学仿生学 仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学 大约从大约从19601960年才开始使用。生物具有的功能迄今年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的（神经功能）、自动控制系统等，

2、这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发结构与功能在机械设计方面给了很大启发。海豚海豚 海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上理上。苍蝇苍蝇 苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导天然导航仪航仪”，人们模仿它制成了，人们模仿它制成了“振动陀螺振动陀螺仪仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶高速飞机上，实现了自动驾驶 苍蝇的眼睛是一种苍蝇的眼睛是一种“复眼复眼”，由，由30003000多多只小眼组成，人们模仿它制成

3、了只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼蝇眼透镜透镜”。“蝇眼透镜蝇眼透镜”是用几百或者几是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成作镜头可以制成“蝇眼照相机蝇眼照相机”，一次，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质算机的微小电路，大大提高了工效和质量。量。“蝇眼透镜蝇眼透镜”是一种新型光学元件，是一种新型光学元件，它的用途很多。它的用途很多。鱼鱼 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿

4、鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。鸟鸟 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据韩非子记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。意大利人利奥那多达芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。蝙蝠蝙蝠 蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是塞住蝙蝠的双耳、封住它的嘴后，它们飞行中的昆虫，但是塞住蝙蝠的双耳、封住它的嘴后，它们在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，斯帕兰捷提出了一在黑

5、暗中就寸步难行了。面对这些事实，斯帕兰捷提出了一个使人们难以接受的结论：蝙蝠能用耳朵与嘴个使人们难以接受的结论：蝙蝠能用耳朵与嘴“看东西看东西”。它们能够用嘴发出超声波后，在超声波接触到障碍物反射回它们能够用嘴发出超声波后，在超声波接触到障碍物反射回来时，用双耳接收到。来时，用双耳接收到。19201920年，哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉年，哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈台之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾

6、的是，哈台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回回声定位声定位”的技术是难以相信的。直到的技术是难以相信的。直到19831983年采用了电子测量年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。蜻蜓蜻蜓 生物学家在研究蜻蜓翅膀时，生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区有一块深色的角质加厚区翼眼或称翅痣。如果把翼眼

7、去翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就益于解决颤振的设计思想，就可似避免长期的探索和人员的可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！飞机设计师大有相见恨晚之感！萤火虫萤火虫萤火虫约有萤火虫约有1 5001

8、 500种种,它们发出的冷光的颜色有黄绿它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。早在早在4040年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又

9、分离出了荧光酶，接着，又用了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(ATP(三磷酸腺苷三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源和水混合而成的生物光源,可在充可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。下，做清除磁性水雷等工作。电鱼电鱼 电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。电鱼这种非凡的本领，引

10、起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏特电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。水母水母 水母在风暴来临之前，就会成群水母在风暴来临之前，就会成群结队地游向大海，就预示风暴既结队地游向大海，就预示风暴既将来临。但是，这又与将来临。但是，这又与“顺风耳顺风耳”有什么关系呢？原来，在蓝色的有什么关系呢？原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波（频率为生的次声波（频率为赫），是风暴来临之前的预告。赫），是风暴来临之前的预告。这种次声波，人耳是听不到的，这种次声波，人耳是

11、听不到的，而对水母来说却是易如反掌。科而对水母来说却是易如反掌。科学家经过研究发现，水母的耳朵学家经过研究发现，水母的耳朵里长着一个细柄，柄上有个小球，里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石。球内有块小小的听石。科学科学家仿照水母耳朵的结构和功能，家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的精确地模拟了水母感受次声波的器官器官v生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和

12、海豚的模仿。来自人们对鱼类和海豚的模仿。vv火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。v科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。出了不少军事伪装装备。v科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。v白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器的原理制造了工作的武器一快干胶一快干胶炮弹。炮弹。v我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种的皮毛结构，设计出一种KEGKEG保温面料，并具有防保温面料，并具有防风和导湿的功能。风和导湿的功能。