第一章 从模仿到创造 ——仿生学的发展
第四节 仿生学基本要素
➢仿生需求 ➢仿生模本 ➢仿生模拟 ➢仿生制品
1.4.1 仿生需求
生存需求
生存需求的不断增长，促动着人类 在各种实践中不断地观察自然界，历经 了实际需求、生物模仿、大胆实践、惨 痛失败、经验总结、创造模拟等众多环 节完成了模拟生物发明和创造由简单到 复杂，由粗糙到精细等多种工具和机器。
1.4.4 仿生制品
非生命制品
非生命仿生制品是指应用于科学、技术、工程以及人 文、社科等领域的传统仿生产品，是纯人工技术制品。
包含生命零部件的仿生制品
随着仿生学与生命科学、医学、药学等交叉渗透愈 益深入，包含生命零部件的仿生制品，即在仿生制品中 包含生命活体元素或仿生制品是生命体的组成部分。
视觉、 听觉、嗅觉、触觉仿生，开发各种仪器设备，为人
类的生活带 来了极大的便利。
功能更优的仿生
(a) 仿荷叶自洁材料 (b) 仿生贝壳耐磨材料(c) 仿蝴蝶多层膜变色材料 仿生功能表面材料
生物可以被看作是具有生命特征的高度智能化的机械，在 与其周围环境相互作用过程中，呈现了多种功能特性，如减阻 、 脱附、自洁、耐磨、抗疲劳、消声降噪、隐身等等。人类 模仿 生物优异的功能特性，研发许多仿生功能表面和机械装 备等。
自然界中的生物种类繁多，包括动物、植物、微生物，
都可以作为仿生模本供各行各业进行仿生研究，发明和创
造 出更优、更好的接近于生物系统的仿生制品。
生活模本
处于社会环境中的人类大脑活跃区
人类在研究生物功能特性的基础上，开始把目光投向人 类自身的生活，开展对人类生命形态的仿生探索，以人类 自 身的生活原理、文化行为和思维哲理为模本，进行人 类自然 生命（生理）和精神生命（心理、心灵）的仿生 研究。
生境模本
(a) 地球表面沙波纹
(b) 火星表面波纹
不同星球表面沙波纹形态
人类与生物所赖以生存的环境，特别是生境中所呈
现出的奇特自然现象和自然环境等，也是仿生学的重要
模本。
1.4.3 仿生模拟
形似模拟
(a) 蜣螂
(b) 蜣螂头部非光滑形态 (c) 仿生减阻模拟设计蜣螂头部减阻 非光滑形态及仿生模拟设计
具有完整生命的仿生制品
指具有与模本相似的生命特征，且与人类或生物具有 极佳的相容性，能够替代模本去执行相应功能的仿生制品 。
仿生学基本要素间的关系
仿生要素间的相互作用关系
谢谢各位！
运动更好的仿生
(a) 仿壁虎陆地爬行机器人 (b) 仿鱼海域侦察机器鱼 (c) 仿蚊子空中侦察器 仿生机器人
自然界中有许多生物进化优化出比人类优异的运动本领。 人类模仿生物行走、奔跑、跳跃、游泳、飞行等运动形式， 发 明了能上天入地、潜海、能在人类无法活动的地方畅行 无阻的 仿生机械与仿生机器人。
精神需求
杨丽萍《雀之恋》
舞蹈《群鱼戏水》 体育馆《鸟巢》
兴趣需求
人类对探索生物奥秘的兴趣、 对自然生物的喜爱、对生物奇异 功能的好奇和对生物特殊能力的 向往，产生了那些对人类和社会 具有巨大价值的仿生发明与创造。
1.4.2 仿生模本
生物模本
(a) 蝉翼表面结构
(b) 杀菌过程
蝉翼表面结构及杀菌过程
健康需求
“电疗” 麻沸散 五禽戏 仿生器官 仿生保健
华佗 五禽戏
军事需求
武器装备 战略战术
发展需求
感知更强 功能更强 运动更好
感知更强的仿生
(a) 跳蛛
(b) 视网膜
(c) 绿光通过路径
跳蛛及其视觉系统
自然界许多生物拥有独特、超强的感知系统，如视觉、
听 觉、味觉、触觉等，敏锐程度远远超越人类。人类开展
形似模拟是指模仿生物形态（形貌）、结构、材料、形
体（形状、构形）等因素而开展的仿生设计。
神似模拟
(a) 荷叶
(b) 荷叶表面微观结构 (c) 仿生自洁织物
仿荷叶疏水自洁原理制造仿生自洁织物
神似模拟是指模仿生物多因素相互耦合、相互协同作用
的原理而开展的仿生，其在形似模拟的基础上更注重对生
物 功能原理与规律的探究。