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仿生学.ppt

仿生学

makeitreal
2011-08-02 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《仿生学ppt》,可适用于人文社科领域

源于生命的灵感仿生学源于生命的灵感仿生学主要内容主要内容仿生学概念仿生学的研究方法仿生与工程技术一、仿生学简介仿生学(Bionics)模仿生物系统的原理以建造技术系统或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学凤蓬草轮子鱼尾船橹人眼晶状体透镜生物电电池鸟飞机生活中的仿生学结构适应于功能是动物中的普遍现象不同的动物其形态结构特征可以有相当大的差别。动物为适应自然的选择产生了各种各样的形态特征。仿生学植物鱼类鸟类哺乳动物生物体的结构对功能的适应性二仿生学的研究方法感觉仿生结构仿生拟态仿生力学仿生化学仿生整体仿生仿生材料三仿生学在工程技术中的应用探索人和动物感觉系统奥妙的仿生学研究工作称为感觉仿生。视觉仿生听觉仿生嗅觉仿生触觉仿生味觉仿生感觉仿生已经成为目前仿生学的发展重点。感觉仿生感觉仿生青蛙与电子蛙眼由透镜(晶状体)在视网膜上形成光学图像后经过视细胞、双极细胞、输出细胞(神经节细胞)而送往大脑中枢青蛙的视觉系统感觉仿生青蛙与电子蛙眼神经节细胞有种:“边缘侦察器”:感受外围物体的边缘“昆虫侦察器”:感受移动的昆虫“事件侦察器”:感受亮度的变化“光强减弱感受器”:感受光线减弱时阴影的暗色部分★“电子蛙眼”:人造卫星跟踪系统、雷达系统、信息处理系统等“水母耳”风暴预测仪可提前小时左右预报风暴水母耳与风暴预测仪“耳”(细柄上的小球)中有小小的听石上面布满神经感受器能听到风暴产生时发出的次声波(由空气和波浪摩擦而产生频率为赫兹赫兹传播比风暴、波浪的速度快)。感觉仿生蝙蝠的捕食蝙蝠与超声波蝙蝠的声纳信息处理根据蝙蝠的回声探测器制成供盲人使用的“探路仪”和“盲人眼镜”感觉仿生颊窝颊窝是一个红外感受器对周围温度变化极为敏感能感受℃的温度变化。这类蛇能在夜间准确判断周围恒温动物的位置。研制出现代夜视仪、空对空响尾蛇导弹以及仿生红外探测器等。蛇的红外探测感觉仿生响尾蛇与热定位器夜蛾的反雷达技术--听觉系统反雷达技术使夜蛾死里逃生夜蛾胸腹之间有一对鼓膜器可以从很强的背景噪声中分辨出蝙蝠发出的超声波其身上厚密的绒毛还能吸收蝙蝠发射的探测超声波从而在天敌面前处于“隐身”状态。科学家通过把夜蛾身上绒毛状的材料用于飞机、舰船等装备大大减少了目标被雷达、红外线和超声波发现的概率。感觉仿生苍蝇与导航仪苍蝇与导航仪翅楫:后翅位置形状与哑铃有些相似能使苍蝇往后“开倒车”很快飞离“危险区”。还能为身体导航保持飞行方向不致于在原地兜圈子。人们根据这个原理仿制了振动陀螺仪已用于高速飞行的火箭和飞机使飞机和飞行着的火箭的稳定性提高了并实现自动驾驶。感觉仿生结构仿生是通过研究自然界植物和动物系统的优异结构和功能特征并有选择性的在设计过程中借鉴和应用这些结构原理和特征。力学仿生是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。结构仿生与力学仿生建筑与仿生建筑与仿生蛋壳、乌龟壳和贝壳等都有弯曲的表面这种“薄壳结构”的表面虽然很薄但曲度均匀非常耐压。壳体在外力作用下内力都沿着整个表面扩散和分布。这种结构在工程上已得到了广泛应用北京车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构。“鸟巢”是模仿现实中鸟巢的多支架结构具有很高的稳固性应该是仿生建筑在中国的成功代表作。生物与造船结构的模仿模仿鱼和鲸体表粘液合成了几种人工粘液以减小湍流模仿鲸的胸鳍给船装上了船鳍生物与造船体形的模仿俄罗斯海军新型核潜艇模仿鳕鱼、鲇鱼外形建造的“复仇号”帆船美研制出举世无双“海豚潜艇”能跳跃翻腾新华网美研制出举世无双“海豚潜艇”能跳跃翻腾新华网“海洋跳跃者”。水上速度可达公里小时潜水速度可达公里小时。其最大潜水深度为米水上最大跳跃高度可达米。因此它能像海豚一样时而潜入水中时而跃出水面。目前这款“海豚潜艇”每条售价高达万英镑目标锁定百万富翁。鹰击长空啸傲云天生物与飞机飞鸟的体形和翅膀在滑进飞行时与飞机的飞行极为相似苍蝇与蝇眼透镜苍蝇与蝇眼透镜“复眼”由O多只小眼组成具有很高的时间分辨率它能把运动的物体分成连续的单个镜头并由各个小眼轮流“值班”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成。“蝇眼照相机”一次能照出千百张相同的相片。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效率质量。蜂巢与蜂巢结构蜂巢与蜂巢结构斯洛文尼亚的蜂巢住宅联合体加气混凝土砌块就是按仿生学原理模仿蜂巢结构设计强度高于粘土砖与同体积粘土砖相比质量减轻并具有保温、隔热、防潮和替代模板的功能。瑞士工程师梅斯特拉尔。显微镜下观察芒刺像一排钩子互相连结在一起能够紧紧地钩住接触到的衣料或动物的皮毛。仿生学研发转化为大规模生产,家喻户晓。苍耳与尼龙粘扣鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力使身体周围的水流更高效地流过鲨鱼得以快速游动。显微镜下的鲨鱼皮肤鲨鱼皮泳衣的结构V字型可以减少游泳时水流带来的阻力。鲨鱼与鲨鱼皮泳衣拟态仿生动物的拟态与保护色生物界中普遍存在着拟态将拟态用于工程技术中去就叫拟态仿生坦克的迷彩着装三色迷彩的德国豹坦克在电视成像下的效果仿生学与家具似筐非筐似篓非篓的女人体造型坐具研究和模拟的是生物体中的各类化学反应包括酶学原理、选择性生物膜和生物结构的能量转换、生物发光、生物发电等。人工嗅觉仿生物膜化学仿生嗅敏检测仪嗅敏电阻是一类以SnO为主体的金属半导体它是一种表面效应很强的材料。狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控制将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白当气味辨别蛋白将不同的气味辨别后被辨别出的特定的气味信号立即被嗅觉细胞传递给大脑大脑便知道了所闻到的是一种什么气味。人工嗅觉仿生物膜细胞膜流动镶嵌模型脂双层形成框架蛋白质镶嵌其中具有动态特点人工膜的特点化学组成和厚度与天然膜相似:能有效地分开两种不同的水相具有结构和化学两侧不对称性易于操作能用来研究膜的向量功能(如传递等)。海豚和仿海豚皮肤的结构(上:海豚皮肤的三层结构下:科学家研发搜新型柔性表面(a)、(b)、(c)为不同构型的结构单位) 萤火虫与人工冷光萤火虫与人工冷光萤火虫发光过程中几乎不产生热发出的光是“冷光”它几乎能将化学能百分之百地转变为可见光而一只普通白炽灯泡会把%的能源变成热量浪费掉。通过对萤火虫发光器的研究分离出了荧光素和荧光素酶弄清了萤火虫发光的奥秘发明了既省电又明亮的日光灯和冷光源广泛地应用于怕热、怕磁等工农业生产上。第一代是示教再现型机器人机器人有部分电脑化控制能力但最后的决策仍然是人类。第二代是感觉机器人人类指派任务以后机器人有足够的智慧完成工作不必实时指导。第三代是智能机器人机器人几乎不必由人类控制智能机器人生物计算机自动化机器人从月球土壤中提取气体侧向运动时蛇身体只有几个点接触地面为了减少与高温沙漠接触沙漠蛇多半采用这种运动形式在狭窄的空间内蛇无法摆动只能采用直线和伸缩的方式向前运动大多时候蛇采用蜿蜒运动的方式前进这是它效率最高的运动方式蛇形机器人而且这种蛇形机器人能够适应外星球比如月球、火星等等这种未知的环境来做一些探察工作蛇形机器人仿生和智能材料仿生材料仿制天然生物材料或具有生物功能甚至是真正有生物活性的材料。智能材料定义指模仿生物系统中同时具有感知和驱动双重功能的材料又称机敏材料。感知、反馈和响应是智能材料的三大要素。如变色玻璃、形状记忆合金、增韧氧化锆陶瓷、正温度系数热敏陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多肽等智能材料有哪些?仿生和智能材料正在研究的智能材料和系统能自诊断断裂的飞机机翼控制湍流和噪声的机械蒙皮人工肌肉和皮肤定向投药等神经信息仿生学让壁虎能解人意神经信息仿生学让壁虎能解人意动物通过神经网络控制肌肉收缩而神经信号的传导是电信号和化学信号的结合只要人为地往壁虎大脑中输入电信号就可以实现壁虎运动的诱导从而控制壁虎的行为。壁虎开颅后在大脑内相应的脑区、位点植入电极待伤口愈合后就可以对其大脑发出电信号从而控制壁虎的动作让其按照研究人员的指令运动。南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所

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