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物理高新技术——生物科学中的物理学——仿生学

者使人造技术系统具有生物系统特征或类 似特征的科学。 仿生学不是单纯的模仿生物,更主要的在于它要把 生物的卓越机能更巧妙更精炼地应用到工程技术中去。
仿生学符号
积分符号代表数学
数学
解剖刀代表生物科学
生物
代表电子技术,技 术科学
电烙铁
仿生学的研究过程
生物体
生物模型
数学模型

技术模型
术 装

提出模型,进行模拟是仿生学的基本研 究方法。在仿生学研究的过程中,模型 是联系生物科学与技术科学的桥梁。数 学模型是都来源于生物模型,反过来又 指导生物系统的研究。三者相辅相成进 而完成了仿生学的研究。
进行了水下探测.技术人员通过一个手掌大小的遥控器 和一台计算机,对身长1.23米,通体色泽亮黑,外形 逼真的机器鱼发号各种指令。水间的机器鱼自由灵活
地穿波逐浪,载沉载浮。如果不是头部上方一个显眼
的白色圆顶GPS导航天线,水中的机器鱼令人真假难 辨.这条机器鱼由动力推进系统、图像采集和图像信号 无线传输系统、计算机指挥控制平台三部分组成,主
蝙蝠昼伏夜出,在空中能 陡然改变飞行方向,避开 障碍物,又能捕食正在飞 行中的昆虫。科学家研究 发现它不是靠眼睛,而是 靠嘴、喉和耳朵组成的回 声定位系统,准确确定障 碍物的方向和位置。蝙蝠 的这种回声定位系统正是 雷达的雏形,科学家据此 设计出了现代的雷达。
力学仿生学是研究和模拟生 物机体外部形态和内部结构 的力学原理。
贝壳
仿生建筑的薄壳结构的特点
生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海 螺壳都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳 结构”。这种“薄壳结构”的表面虽然很薄, 但非常耐压。
壳体结构的强度和刚度主要是利用了其 几何形状的合理性,把受到的压力均匀地分 散到壳体的各个部分,以很小的厚度承受很 大的重量,这就是“薄壳结构”的特点。
奇妙的机器蝇
120 °
60°
蜂巢是严格的六角柱形体。它的 一端是六角形开口,另一端则是 封闭的六角棱锥体的底,由三个 相同的菱形组成。结构与近代数 学家精确计算出来的——菱形钝角 109°28’,锐角70°32’完全相 同,是最节省材料的结构,且容 量大、极坚固,令许多专家赞叹 不止。人们仿其构造用各种材料 制成蜂巢式夹层结构板,强度大、 重量轻、不易传导声和热,是建 筑及制造航天飞机、宇宙飞船、 人造卫星等的理想材料。
要制造材料为玻璃钢和纤维板。它的最高时速可达1.5 米/秒,能够在水下连续工作2至3小时。
工 作 人 员 让 机 器 鱼 试 水
信息仿生学是研究生物机 构与外界环境、生物个体 之间、生物体内各部分间 的信息接收、储存、处理 与利用的机理,以及将其 移植于技术系统之中的方 法,并最终制成类似于生 物系统的计算系统和信息 接收处理系统。
仿生学研究的主要内容:
搜索
1.信息仿生学:
2.控制仿生学: 3.力学仿生学:
4.化学仿生学: 5.医学仿生学: 6. 其他……
控制仿生学是研究所谓机体控制系 统的结构与功能原理,并用这些原 理去改进现有的或建造新型的自动 控制系统。
工作人员让机器鱼试水
中国第一条可用于实际应用的仿生机器鱼2004年 12月5日正式宣布研制成功。这台外形酷似活鱼的机 器人曾出色地辅助考古专家对福建郑成功古战舰遗址
飞机高速飞行时,机翼受气 流的冲击常发生颤振,从而 导致机翼断裂、机毁人亡。 科学家从蜻蜓翅膀上的黑色 翅痣(一种较厚的角质组织), 想到了配重,于是“照葫芦 画瓢”,给飞机机翼上装了 配重,从此,飞机的此类事 故大大减少。
拟态仿生学在军事工程中应用很广泛。 如:迷彩军装,坦克、装甲车的迷彩伪装, 战舰潜艇的伪装等等。
三色迷彩的德国“豹坦”克I坦的克迷在彩电伪视装成像下的效果
海蜇,早在5亿多年前就漂浮在海洋里,
是一种极古老的腔肠动物,还是预报风
暴最早、最准确的“顺风耳”。因为它的
“耳朵”(细柄上的小球)中有小小的听石,
风暴产生时发出的次声波冲击小小听石“球”壁的神经感受 器,于是海蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声,便警 惕地离岸游向大海避灾。
日本代代木体育馆
中国国家大剧院
“水母酒店” : 广袤天空下,一只巨 型水母拖着飘逸的 “裙带” 浮出水面, 多么具有视觉冲击力。
壳体在外力作用 下,内力都沿着整个 表面扩散和分布。
仿生建筑—晨曦中的“青蛤 ”
仿生建筑—夜幕中的“海螺”
化学仿生学是研究和模拟生 物体内的各类化学反应,包 括酶学原理、选择性生物膜 和生物的能量转换、生物发 光、生物发电等。
例子见生物传感器ppt
医学仿生学是研究人工脏器、生物 医学的图象识别以及医学信号的分 析和处理。
例子见生物材料ppt
机器蝇,未来的超级间谍
美国五角大楼对有望成为“微型间 谍”的机器蝇极为重视 ,机器蝇可以帮 助美军完成侦察阿富汗山洞或是寻找伊 拉克秘密武器等艰巨任务。而在未来战 争中,机器蝇甚至可以飞到敌方总部。 总之,机器蝇将完成过去“007”远远完 成不了的任务,成为名副其实的“超级 间谍”。在未来的机器蝇身上,将安装 许多传感器和微型摄像机,因此他们能 做的事情还有很多。比如可以用来发现 森林火灾,在灾难中搜寻废墟中的幸各 种复杂条件下完成拍照、摄影、取样等 工作。
人们模拟海蛰感受次声波的器官,设计成功精确的“水 母耳”仪器。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动 转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在 船的前甲板上,喇叭做360°旋转。当它接收到8赫兹-13 赫兹的次声波时,旋转自动停止,喇叭所指示的方向,就是 风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。 这种仪器,可提前15小时左右预报风暴。
纳米技术与分子生物学的结合 将开创分子仿生学新领域。分 子仿生学模仿细胞生命过程的 各个环节,以分子水平上的生 物学原理为参照原型,设计制 造各种各样的可对纳米空间进 行操作的“功能分子器件”, 即纳米机器人。纳米机器人的 研制和开发将成为21世纪科 学发展的一个重要方向,对医 学和农业产生巨大影响。
神奇的仿生学
“鱼翔浅底,鹰击长空”,自然界形形色 色的生物,都有着怎样的奇异本领?它 们的种种本领,给了人类哪些启发?模 仿这些本领,人类又可以创造出什么样 的奇迹呢?这里要给大家介绍的是一门
新兴科学——
苍蝇的楫翅、复眼橹、舵达芬奇的飞机图奥托.李林塔尔--滑翔机之父
何为仿生学?
仿生学——模仿生物系统的原理以建造技术系统,或
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