Ⅰ 生活中有哪些仿生技術的應用
人們根據鳥類飛翔的原理,發明製造了飛機;
根據蝙蝠的超聲波原理,發明製造了雷達;等等
Ⅱ 生活中有哪些仿生學
仿生學一詞是1960年由美國斯蒂爾根據拉丁文「bios」(生命方式的意思)和字尾「nlc」(「具有……的性質」的意思)構成的。他認為「仿生學是研究以模仿生物系統的方式、或是以具有生物系統特徵的方式、或是以類似於生物系統方式工作的系統的科學」。盡管人類在文明進化中不斷從生物界受到新的啟示,但仿生學的誕生,一般以1960年全美第一屆仿生學討論會的召開為標志。
仿生學的研究范圍主要包括:力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
力學仿生,是研究並模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質,以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如,建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築,模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行揣流,提高航速;
分子仿生,是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構後,合成了一種類似有機化合物,在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克,便可誘殺雄蟲;
能量仿生,是研究與模仿生物電器官生物發光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程;
信息與控制仿生,是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如根據象鼻蟲視動反應製成的「自相關測速儀」可測定飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網路的工作原理,研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上,並在此基礎上構造出新型計算機。
模仿人類學習過程,製造出一種稱為「感知機」的機器,它可以通過訓練,改變元件之間聯系的權重來進行學習,從而能實現模式識別。此外,它還研究與模擬體內穩態,運動控制、動物的定向與導航等生物系統中的控制機制,以及人-機系統的仿生學方面。
某些文獻中,把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生,而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。
仿生學的范圍很廣,信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要,另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段,使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究,大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬,生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程,都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統;而生物控制論則從控制論的一般原理,從技術科學的理論出發,為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節,而是要理解生物系統的工作原理,以實現特定功能為中心目的。—般認為,在仿生學研究中存在下列三個相關的方面:生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎,後者是目的,而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。
由於生物系統的復雜性,搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期,而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作,這是限制仿生學發展速度的主要原因。
其他生物學分支學科
生物學概述、植物學、孢粉學、動物學、微生物學、細胞生物學、分子生物學、生物分類學、習性學、生理學、細菌學、微生物生理學、微生物遺傳學、土壤微生物學、細胞學、細胞化學、細胞遺傳學、免疫學、胚胎學、優生學、悉生生物學、遺傳學、分子遺傳學、生態學、仿生學、生物物理學、生物力學、生物力能學、生物聲學、生物化學、生物數學
附:部分「仿生學」實例
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅,與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭污穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同,就可區別出不同氣味的物質。因此,蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引導出來的神經電信號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的信號,便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。
在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。因此,生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海,就預示著風暴即將來臨。
水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能,每當風暴來臨前,它就游向大海避難去了。
原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時,聽石就剌激球壁上的神經感受器,於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。
仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
Ⅲ 根據仿生學設計的產品有哪些
1、雷達
蝙蝠會釋放出一種超聲波,這種聲波遇見物體時就會反彈回來,而人類聽不見。雷達就是根據蝙蝠的這種特性發明出來的。
雷達發射電磁波對目標進行照射並接收其回波,由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。
2、伏特電池
電魚能夠不間斷或定時地發出強度不同的電流。它們釋放電流,不僅是為了防護或進攻,也是為了相互傳遞信息或提前發現障礙物。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏特電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。
3、電子蛙眼
人們發現青蛙能看見活動的物體,卻看不清不動的物體,科學家們通過研究,發明了電子蛙眼,從而進一步改善了戰場上的裝備設施。
4、薄殼建築
一個人握住一個雞蛋使勁地捏,無論怎樣用力也不能把雞蛋捏碎。薄薄的雞蛋殼之所以能承受這么大的壓力,是因為它能夠把受到的壓力均勻地分散到蛋殼的各個部分。
建築師根據這種「薄殼結構」特點,設計出了許多既輕便又省料的建築物。人民大會堂、北京火車站以及其他很多著名建築,屋頂都採用了這種「薄殼結構」。
5、迷彩服
五彩的蝴蝶錦色粲然,如重月紋鳳蝶,褐脈金斑蝶等,尤其是螢光翼鳳蝶,其後翅在陽光下時而金黃,時而翠綠,有時還由紫變藍。
科學家通過對蝴蝶色彩的研究,為軍事防禦帶來了極大的裨益。在二戰期間,德軍包圍了列寧格勒,企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防禦設施。
蘇聯昆蟲學家施萬維奇根據當時 人們對偽裝缺乏認識的情況,提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發現的道理,在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。
因此,盡管德軍費盡心機,但列寧格勒的軍事基地仍安然無恙,為贏得最後的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理,後來人們還生產出了迷彩服,大大減少了戰斗中的傷亡。
參考資料來源:網路——仿生學
Ⅳ 有哪些仿生技術產品
1。由令人討厭的蒼蠅,仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經被安裝在宇宙飛船的座艙里,用來檢測艙內氣體的成分。
2。從螢火蟲到人工冷光;
3。電魚與伏特電池;
4。水母的順風耳,仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
5.電子蛙眼
6。根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的「探路儀」。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、台階、橋上的人等。如今,有類似作用的「超聲眼鏡」也已製成。
7。模擬藍藻的不完全光合器,將設計出仿生光解水的裝置,從而可獲得大量的氫氣。
8。根據對人體骨胳肌肉系統和生物電控制的研究,已仿製了人力增強器——步行機。
9。現代起重機的掛鉤起源於許多動物的爪子。
10。屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。
11。船槳模仿的是魚的鰭。
12。鋸子學的是螳螂臂,或鋸齒草。
13。蒼耳屬植物獲取靈感發明了尼龍搭扣。
14。嗅覺靈敏的龍蝦為人們製造氣味探測儀提供了思路。
15。壁虎腳趾對製造能反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16。貝用它的蛋白質生成的膠體非常牢固,這樣一種膠體可應用在從外科手術的縫合到補船等一切事情上。
17。利用蝙蝠的回聲定位系統的雷達
18。利用龜殼結構的澳大利亞歌劇院
19。利用長頸鹿的結構的宇航服
Ⅳ 生活中有哪些東西是由仿生學發明的
1、人工冷光
科學家通過螢火蟲的光,發明了一種不傷眼的光人工冷光。由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而,可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
2、水母耳風暴預測儀
海上風暴來臨之前,海浪與空氣摩擦產生8~13HZ的次聲波,人耳無法聽到,而水母特殊的聽覺系統可以聽到這種聲音。科學家通過研究,仿照水母的聽覺系統,發明了水母耳風暴預測儀。
3、尼龍搭扣
據說1948年的一天,瑞士發明家喬治喜歡帶著狗外出散步,有一次散步回家,發現自己褲腿上和狗身上都粘滿了一種草籽。草籽粘在狗毛上很牢,要花一定功夫才能把草籽拉下來。喬治感到很奇怪,他運用了敏銳的觀察力,用放大鏡仔細觀察這種草籽。
終於發現,草籽的纖維與狗毛是交叉在一起的,他想,如果採用這兩種形狀的結構不就可以發明一個搭扣嗎?從此,人們的生活中多了一個好幫手——喬治發明的尼龍搭扣。今天,我們穿的鞋有的就是用尼龍搭扣扣上的,背的書包有的也是用尼龍搭扣扣上的。
4、探路儀
根據蝙蝠超聲定位器的原理,人們還仿製了盲人用的「探路儀」。這種探路儀內裝一個超聲波發射器,盲人帶著它可以發現電桿、台階、橋上的人等。如今,有類似作用的「超聲眼鏡」也已製成。
5、電子蛙眼
電子蛙眼還廣泛應用在機場及交通要道上。在機場,它能監視飛機的起飛與降落,若發現飛機將要發生碰撞,能及時發出警報。
Ⅵ 生活中有哪些仿生學
1、蝙蝠會釋放出一種超聲波,這種聲波遇見物體時就會反彈回來,而人類聽不見。雷達就是根據蝙蝠的這種特性發明出來的。在生活中各種地方都會用到雷達,例如:飛機、航空等。
2、原來在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波,是風暴來臨之前的預告。這種次聲波,人耳是聽不到的,而對水母來說卻是易如反掌。科學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴預測儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。
3、蛋殼呈拱形,跨度大,包括許多力學原理。雖然它只有2mm的厚度,但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建築學家模仿它進行了薄殼建築設計。
4、蒼蠅的後翅退化成一對平衡棒。當它飛行時,平衡棒以一定的頻率進行機械振動,可以調節翅膀的運動方向,是保持蒼蠅身體平衡的導航儀。
科學家據此原理研製成一代新型導航儀——振動陀螺儀,大大改進了飛機的飛行性能,可使飛機自動停止危險的滾翻飛行,在機體強烈傾斜時還 能自動恢復平衡,即使是飛機在最復雜的急轉彎時也萬無一失。
(6)生活中都有哪些仿生產品擴展閱讀:
生活中仿生學的相關研究:
1、力學仿生
是研究並模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質,以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。
例如,建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築,模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行揣流,提高航速;
2、分子仿生
是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如,在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構後,合成了一種類似有機化合物,在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克,便可誘殺雄蟲。
參考資料來源:網路-仿生學
Ⅶ 仿生材料有什麼,在生產生活中的用途有哪些
例1 最早開始研究並取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纖維和人的皮膚的接觸感而製造的人造纖維。對蠶或者蜘蛛吐出的絲,人類自古就有很大的興趣,這些絲純粹是由蛋白質構成,特別是蠶絲,具有溫暖的觸感和美麗的光澤。二十世紀以來,人們模仿蠶吐絲的過程研製了各種化學纖維的紡絲方法,此後又模仿生物纖維的吸濕性、透氣性等服用性能研製了許多新型纖維,例如,牛奶蛋白質與丙烯晴共聚纖維(東洋紡) ,商品名為稀苤的高吸濕性纖維(旭化成) 等等。這些產品的出現顯示了人類仿造生物纖維表面細微形態與內部構造取得了成功 。另外人們還對蠶的產絲體進行了卓有成效的研究(日本農業生物資源研究所) ,並且對蜘蛛絲也進行了研究(日本島根大學) ,研究者們期待著有朝一日能夠製造出與蠶絲完全一樣的人造絲。
例2 在陸地上生活的動物有肺,能夠分離空氣中的氧氣,水裡的魚有鰓,能夠分離溶解在水中的氧氣,供給身體使用。人們仿造這種特性,製作了薄膜材料,用於製造高濃度氧氣、分離超純水等,以達到節省能源以及高分離率的目的 。目前人們正在研製具有動物肺和魚鰓那樣功能的材料,如果研製成功的話,人類在水底世界的活動將發生一場新的革命。
例3 生物為了維持生命,能夠非常高效地進行各種能量之間的相互轉換,這是在廣闊的生物界都能看到的現象。例如,人們對螢火蟲的發光機製作了研究,其發光原因是由於化學能高效率地轉化為光能。雖然人類在化學領域中已體驗了遺傳信息的鑰匙- 核酸的魅力,在試管中實現其功能的研究也取得了很大的進步,但是像螢火蟲的這種能量變換方法目前人類還做不到。隨著地球上現在所使用的能源逐漸枯竭,人類尋求新能源的任務已迫在眉睫,如果能夠找到象某些生物那樣能夠高效率地進行能量變換或者能量重組的材料與方法,將為人類的未來帶來希望和光明。
例4 卵是鳥類和爬蟲類生育在體外的動物的最大細胞。它的殼,是石灰質構成的,內部有卵白和卵黃。美國學者Finks 對此發表了非常有趣的假說,認為卵的結構無論從力學或者工學的觀點來思考,都有許多值得學習的地方,人類現在的包裝技術與之相比相形見絀。卵殼的形成過程與牙齒和骨頭的發育過程相同,被稱之為鈣化過程,與無機和有機的界面化學相關,據有關報道,人們正在研究一種人造骨。相信在不遠的將來,通過對有機和無機復合材料形成技術的研究,不僅在包裝技術方面人們會學習和採用生物卵殼的形成方式,同時在醫學科學中也會開創新的領域。
例5 植物也為我們提供了許多有趣的現象,例如我們常見的西瓜是一種含水量極高的水果,在它的啟發下,人們研製了一種與西瓜纖維素構造相似的超吸水性樹脂,它是用特殊設計的高分子材料製造的,能夠吸收超越自身重量數百倍到數千倍的水份,現在已用於廢油的回收,既經濟又高效。這種材料如果進一步得到完善的話,將來液體的包裝和輸送就可能用一種全新的技術來代替。比如,將來的飲料就不再是用現在的杯子來裝,而是只要用一片薄膜即可。
例6 植物在復合材料力學性能方面,也有許多獨特的魅力。例如,從竹子的斷面來看,一種稱之為纖維束的組織密布在竹子的表皮,竹子的內部卻很稀少,這樣的結構形成了一種高強度的復合材料。但是當竹子還是竹筍的時候,這種纖維束在竹筍的斷面上是均勻分布的,隨著竹筍的生長,纖維束逐漸向外側移動,最終形成最佳構造。再例如,樹的年輪是由在冬天和夏天的生長不同而形成。這些能夠方向性生長,形成高強度復合材料的過程,使人們受到了啟示,最近,高分子世界已出現了研製這種方向型復合材料的動向,當然這並不是件易事。但這種成長型復合材料,也將是復合材料未來的研究方向之一。
例7 最後再舉一例,用手觸摸含羞草的葉片,它就會像動物那樣收縮。在這一種啟發下,日本奧林巴斯公司的植田康弘研製了一種可以伸到小腸里的內視鏡,他在內視鏡的筒狀部分使用了一種與含羞草葉片表面結構相似的彈性膜材料,它在腸道流體的壓力下,會沿著軸向自動伸長或彎曲,從而使內視鏡的筒狀部分與腸道保持同一形狀。
抱歉,樓主,從網上抄的,有點長