，還增加了兩個附件，附在前臂上由鈦硅樹脂做成的緩沖器能使運動員游起來更加輕松
；附在胸前和肩后的振動控制系統(tǒng)能幫助引導水流。
讓盲者見到光明：在植入了微小的仿生視網膜之后
，3位失明患者不僅看到了明滅或者移動的光點
，甚至還成功地用眼睛區(qū)別出杯子和盤子
。這是在美國視覺和眼科學協(xié)會年會上公布的一項最新進展
。研究人員介紹說
，他們研制的仿生視網膜薄片面積僅為4乘5毫米，相當于人眼正常視網膜的約三分之一
。它由硅酮和鉑材料制成，上面有16個電極
，植入后可附著在天然視網膜上，其工作原理是用電信號刺激患者還未完全喪失功能的視網膜細胞
，將視覺信息通過視神經傳遞給大腦，從而部分恢復視力
。仿生視網膜主要用于治療色素性視網膜炎患者。但研究人員估計
，這一技術經改進后將來也許還可以造福那些生來就看不見這個世界的盲人
。
人工合成蛛絲：如果你曾經輕推過一個蜘蛛網
，你就會感覺到在蛛網破裂前，它有一個拖拉伸展的過程
。蛛絲正是通過這個伸展的過程吸收了許多能量，這讓蛛絲成為世界上最有韌性的材料之一
。多年來，人們一直幻想能用蛛絲制作衣服
，現(xiàn)在這個幻想正在慢慢變成現(xiàn)實。蛛絲含有一種纖維蛋白
，這種蛋白質和存在于毛發(fā)和羊角中的角質蛋白相似。這種蛋白分泌出來后開始變得堅韌
。通過精細的平衡水的含量
，蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白過快固化。不久的將來
，人工制造的蛛絲將可以用來制作衣服或者強度超高的繩索。
運動方向識別的神經元功能模擬裝置
自動報靶機
平板型復眼透鏡
側抑制微光電視
/c/sites/10045/12/introduction03.html
參考資料：來源：中科院香山科學會議
回答者：有個6 - 助理 二級 2-18 13:50
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仿生學是發(fā)展相當迅速的一門新興科學
，仿生學主要是利用自然界動物的特性和習性來研究其特性應用的一門科學。生活在海洋中的動物是科學家們研究仿生應用的重要動物之一?div id="d48novz" class="flower left">
，F(xiàn)在介紹幾種海洋動物及其仿生應用。
金槍魚 金槍魚是海洋魚類動物中運動速度最快的動物之一
，金槍魚捕食時會達到大約80公里的時速。在美國麻省理工大學
，科學家們以金槍魚為模型，制造了一條名叫"查理"的1．2米長的機器魚
，并在水箱中開始了測試
。科學家們已經把這個發(fā)現(xiàn)推向技術方面的應用
。
魚的尾鰭既能作為推進動力又能導向，考慮到這個特點
，在計算機上分析金槍魚的外形，研究的成果已經為水面船只提供了鰭類推進方式
。并且，機器魚鰭的運動也經過改善
，能在角落里自由游動?div id="jfovm50" class="index-wrap">？茖W家們也研究了金槍魚的皮膚
，希望能獲得更好的流線特性
。
鮭魚 鮭魚能夠在湍急的水流中生活
。盡管它們的運動系統(tǒng)很像金槍魚，但還是有差別
。鮭魚不但能夠自如地控制自己，還能以閃電般的速度啟動
，從不動的狀態(tài)立即達到14公里的時速。它們?yōu)槭裁茨軌蜃龅竭@一點呢
？除了尾巴擺動的頻率以外，通常魚越大越長就游得越快
。科學家們發(fā)現(xiàn)
，鮭魚在加速時每秒能擺尾15次。因此
，其仿生價值極高。
企鵝 企鵝在陸地上看起來很笨拙
，但在水中卻異常靈活。為尋找流線型的理想模式
，科學家們把微型測量儀器裝在企鵝背上，記錄下它每天運動距離
、深度和速度。為拍攝照片
，科學家們還在南極裝了一個特殊的水道。通過進一步的實驗
，發(fā)現(xiàn)企鵝的運動與魚類不同，幾乎只靠鰭來推進自己
，這說明企鵝的身體已經進化成了大體積小阻力的優(yōu)化典范。而且
，它的身體在水中幾乎不改變形狀
，這個事實使模型實驗變得十分簡單。
鯊魚 鯊魚在海洋里已經生活了3．5億年
，能達到超過70公里的高時速?div id="jfovm50" class="index-wrap">？茖W家在顯微鏡下檢查深海鯊魚的皮膚時意外地發(fā)現(xiàn)鯊魚的鱗屑是扇形的，而且有小槽
。然而，在傳統(tǒng)的觀念中
，表面越光滑產生的阻力就越小。于是
，科學家們把數百個模型鱗片按不同的角度裝配，形成了一個人造的測試表面
。測試的結果表明：摩擦損失比光滑表面還要小10％，這項新發(fā)現(xiàn)馬上找到了技術應用
。這種仿生皮膚被用來包裹空中客車飛機的外表面，使每架飛機的年燃料消耗減少了350噸
。如果每年來往于世界各地的飛機都裝上這種皮膚
，節(jié)省的燃料價值可達數十億美元之巨
，造成溫室效應的二氧化碳和氮氧化合物也將會大大減少
。
少林拳大量動作的動物仿生
，說明少林拳繼承了華夏祖先“熊經鳥伸”的導引仿生傳統(tǒng)
，繼承 了華佗仿虎、鹿
、熊、猿
、鳥五種動物特長創(chuàng)造五禽戲的傳統(tǒng)
。少林拳中的自然仿生和生活 仿生動作也有力地體現(xiàn)了樸實的本土文化氣息，透發(fā)出“物有自然”
。
人工合成蛛絲
蜘蛛成為科學家關注的焦點是因為它們可以制造幾種非常有用的東西，其中包括世界上最堅固的材料之一——蛛絲
。“如果你曾經輕推過一個蜘蛛網
，你就會感覺到在蛛網破裂前，它有一個拖拉伸展的過程”
，麻省理工學院的化學工程學教授葆拉·哈蒙德說，“蛛絲正是通過這個伸展的過程吸收了許多能量
，這讓蛛絲成為世界上最有韌性的材料之一?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?
多年來，人們一直幻想能用蛛絲制作衣服
，現(xiàn)在這個幻想正在慢慢變成現(xiàn)實。研究人員首先要了解蜘蛛是如何造絲的
，這也是人工合成蛛絲的關鍵。蛛絲含有一種纖維蛋白
，這種蛋白質和存在于毛發(fā)和羊角中的角質蛋白相似
。這種蛋白分泌出來后開始變得堅韌
，以前科學家還不了解這個過程，因此至今無法造出和蛛絲同等強度的纖維
。但美國塔夫茲大學的研究人員最近發(fā)現(xiàn)了蜘蛛和蠶生產這種纖維的秘密。令人驚奇的是
，整個過程竟然由水含量來控制。通過精細的平衡水的含量，蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白過快固化
。卡普蘭博士已經能夠在實驗室中模擬這一過程
。不久的將來，人工制造的蛛絲將可以用來制作衣服或者強度超高的繩索
。屆時，人人都可以成為手握蛛絲的蜘蛛俠了
。
蜘蛛毒液可成殺蟲劑
科學家還希望借助蜘蛛制造一種理想的殺蟲劑。一種可以殺死害蟲
，但對其他昆蟲以及人和動物沒有毒性的殺蟲劑
。澳大利亞的漏斗蛛分泌的毒液由100多種化合物組成
，其中幾種化合物已被發(fā)現(xiàn)只殺死特定的昆蟲。美國康涅狄格大學的科學家格倫·金說：“從毒液中把這些化合物分離出來
，然后再用特殊方法把這些化合物放到一種病毒上，這些病毒只對某些昆蟲感興趣
，這樣病毒就可以將化合物運送到害蟲體內并殺死這些害蟲”。如果科學家能夠在實驗室合成這些化合物
，就可以制造出對環(huán)境完全無害的殺蟲劑。
蛇毒制成去污劑
另一種來自于蛇的毒液將幫助科學家制造出更好的去污劑
。美國加州惠特學院的日裔化學家德溫·飯本和他的學生從佛羅里達水腹蛇毒液中提取出一種酶
，這種酶可以去除衣服上的血跡
。人們已經用細菌制造的酶來生產去污劑
，但用動物的酶來生產去污劑還是個新事物
。這種源于蛇的酶可以打碎干燥的血跡和衣服纖維之間的粘連
。這項研究還處于實驗階段
，目前沒聽說哪家公司已經將蛇毒酶加到去污劑中
。
貽貝為粘合劑提供新思路
其他動物也可為人類發(fā)明新產品提供很好的素材
。例如
，貽貝可以緊緊帖在巖石或水泥樁上
，如果湊近看
，就能看到從貽貝體內伸出幾十條纖細的纖維絲。貽貝有一個稱為“足”的器官
，“足”可以將每一根纖維絲粘附在固定物體表面。普渡大學的研究人員發(fā)現(xiàn)貽貝粘附物質的形成需要鐵
，之前還從未在生物粘附劑中發(fā)現(xiàn)這種金屬元素。大多數生物粘附劑都以蛋白質為基礎
，當鐵加入后，這種明膠樣的物質變得堅硬
。看起來鐵是必需的
，因為其它可以被植物和動物細胞處理的金屬并不能產生這種“堅硬”過程。這個發(fā)現(xiàn)可以幫助科學家生產出更好的粘合劑
、不銹材料以及防污油漆
。
山羊奶出產蜘蛛絲
當然
，在實驗室制造產品和在工廠大規(guī)模生產有很大不同。例如
，在工廠生產蛇酶去污劑首先要得到毒液。但無論捕蛇
、人工飼養(yǎng)或收集毒液都不是件容易的工作。所以科學家正在實驗室培養(yǎng)可以生產蛇毒的細胞。蛛絲有可能走合成路線
，因為不能象養(yǎng)蠶那樣飼養(yǎng)蜘蛛，如果把兩只蜘蛛放到一個籠子里
，一只蜘蛛總會吃掉另一只。哈蒙德的研究小組從聚亞安酯開始合成纖維
，如今他們已經能生產既柔軟又抗拉的纖維。他們正在研究使用超微粒子使纖維強度更大的工藝
。其他研究人員則應用了現(xiàn)代生物技術。
加拿大魁北克一家生物技術公司的研究人員將生產蛛絲的基因轉移到新西蘭小山羊的體內
，這些山羊每升奶可以生產2-15克的蛛絲。這家公司在美國紐約州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰萊斯福爾都有養(yǎng)殖基地
，公司希望每年可以生產5噸蛛絲。
仿生形態(tài)是機能形態(tài)的一種形式
。仿生形態(tài)既有一般形態(tài)的組織結構和功能要素，同時又區(qū) 別于一般形態(tài)
，它來自于設計師對生物形態(tài)、結構的模擬應用
，是受大自然啟示的結果
。人 類生活在自然界
，與周圍的生物為“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領
，自古以來吸引 著人們去想象和模仿、制造簡單的生產工具
，營造居所
。如春秋戰(zhàn)國時期的魯班，從鋸齒形 的草葉中“悟”到了鋸的原理
，有些昆蟲的腳形如一雙雙鉗子
，用以捕捉獵物
，而在今日 生活和生產工具中也得到廣泛的應用。�
仿生形態(tài)的模擬創(chuàng)造由來已久，但是作為一門獨立的學科卻是本世紀60年代后的事。美國空 軍軍官J·E斯蒂爾少校1958年首創(chuàng)仿生學
。仿生學研究如何制造具有生物特征的人工系統(tǒng)。 模仿是仿生學的基礎
。楓樹的果實借其翅狀輪廓線外形旋轉下落、飄飛得很遠
，受此啟發(fā)， 便出現(xiàn)了陀螺飛翼式玩具
，這是目前螺旋槳的雛型。現(xiàn)代飛行器的仿生原型來自天空中的 飛鳥
。�
1�鳥的翅膀功能：上升力
、推動力
。飛機雙翼的功能：上升力，推動力需發(fā)動機裝置
。�
2
、鳥的骨質中空結構使身體重量減輕
，適宜在空中飛行。飛機為了減輕機身重量
，采用鋁 合金
、ABS工程塑料等輕型材料
。�
3、鳥的自由流暢的外型可減少阻力
，飛機的流線型仿鳥在沖刺狀的形態(tài)。�
仿生形態(tài)設計是人們在長期向大自然學習的過程中
，經過積累經驗
，選擇和改進其功能、形 態(tài)
，而創(chuàng)造的更優(yōu)良、多樣化的形態(tài)
。因此，人類造物的信息源都是來自于大自然的仿生模 擬創(chuàng)造
。尤其是當今的信息時代，人們對產品設計的要求不同于過去
，只注意功能的優(yōu)異領 先，而是追求清新
、淳樸
，注重返樸歸真和探討個性的自律
。提倡仿生設計，讓設計回歸自 然
，賦予設計形態(tài)以生命的象征是人類對精神需求所達到的共識
。�
一
、仿生形態(tài)是設計創(chuàng)新的源泉�
德國著名設計大師路易吉·科拉尼曾說：“設計的基礎應來自誕生于大自然的 生命所呈現(xiàn)的 真理之中?div id="jfovm50" class="index-wrap">！边@話道出了自然界蘊含著無盡設計寶藏的天機。仿生形態(tài)創(chuàng)造與設計的條件 是
，具有正確的認識事物
、把握本質規(guī)律的方式
、方法，錘煉自我創(chuàng)新思維能力
。二是具有 扎實的生活基礎
，從自然界
、人類社會的原生狀況中尋找設計的靈感
，包括仿生設計思維的 訓練。人們的傳統(tǒng)思維往往局限于現(xiàn)有的方法
、體系，思維的觸角伸展不開
，觸及不到事物 的本源上去
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！叭f有引力定律”的靈感不是誕生于實驗室和定論的經典理論
，而是牛頓在蘋 果樹下受到蘋果下落這一事實的啟發(fā)并同太陽系、地球運動聯(lián)系起來
，才誕生了這一發(fā)明
。 �
科學研究表明
，人類不具備的許多感官特征而在生物界的眾多動物身上存在
。如水母能感受 到冰聲波而準確地預知風暴
；蝙蝠能感受到超聲波
；鷹眼能從三千米高空敏銳地發(fā)現(xiàn)地面運 動著的小動物
；蛙眼能迅速判斷目標的位置、運動方向和速度
，并能選擇最好的攻擊姿勢和 時間。大自然的奧秘不勝枚舉
。每當我們發(fā)現(xiàn)一種生物奧秘
，就有可能成為我們一種新的設 計可能性
，也可能帶給我們新的生存方式
。從這個意義上講
，仿生形態(tài)的挖掘是我們創(chuàng)新設 計取之不盡的智慧源泉。�
二
、仿生形態(tài)——設計難題的方程式�
現(xiàn)實中
，許多優(yōu)秀的技術成果需要轉化為產品，設計師常?div id="m50uktp" class="box-center"> ？嘤谀弥玫陌l(fā)明 成果找不到與 之相對應的優(yōu)良造型去實現(xiàn)它，這往往成為一個難題
。如果把需求當成是提出問題，那么仿 生思維就是在大自然中尋找解決問題的方程式
。例如：在超音速飛機飛行時
，由于航速快
， 會使機翼產生顫振而阻礙運動，甚至會引起機翼折斷而機毀人亡
。這一問題
，曾經使設計師 絞盡腦汁
，最后終于在機翼前緣安放一個加重裝置才有效地解決了這一難題
。后來人們從動 物學上了解到
，小蜻蜒的翅膀前緣上方都有一塊深色的角質加厚區(qū)——翅痣。翅痣是蜻蜒的 消顫振裝置
。蜻蜒快速飛行
，就是靠翅痣調整翅膀的振動來實現(xiàn)的
。�
大自然中萬事萬物的空間形態(tài)、結構
、特征
，都是生命本能地適應生長
、進化環(huán)境的結果
， 在仿生形態(tài)的學習
、研究中
，從以下幾個方面探索仿生形態(tài)解決設計產品問題的方式
。
第一
，建立生物功能形態(tài)模型，研究仿生形態(tài)的功能作用
，從生物原型上找到對應物理原理 ，通過對生物體的感知
，形成對生物體的感性認識。從功能出發(fā)
，研究生物的結構形態(tài)，在 感性認識的基礎上
，除去無關因素
，建立一個生物的模型
。對照原型進行定性分析
，用模型 模擬生物結構原理
。�
第二
，從生物結構形態(tài)出發(fā)
，研究仿生形態(tài)
、比例
、機能
。用模型的手法
，對生物體進行定 量分析
，掌握生物機體的結構尺度
，從具象的形態(tài)和結構中
，探索其特殊功能和運動協(xié)調的 特點
。�
第三
，仿生形態(tài)直接模仿生物的局部優(yōu)異機能。如模仿海豚皮制作的魚雷外殼減少了前進阻 力
，船舶采用魚尾型推進器可在低速下取得較大推力
。但是，在仿生形態(tài)的研究和應用中很 少模仿細節(jié)
，而是通過對生命系統(tǒng)的構造和工作原理研究，總結出仿生形態(tài)的科學規(guī)律
。�
三、仿生形態(tài)——生態(tài)設計新理念�
仿生形態(tài)中包含了非常鮮明的生態(tài)設計觀念
，因為“在幾乎所有的設計中，大 自然都賦予了 人類最強有力的信息”(科克尼語)
。仿生形態(tài)對探索現(xiàn)代生態(tài)設計無疑是一面新的旗幟
。�
現(xiàn)代社會文明的主體是人與機器(產品形態(tài))構成的
。人類發(fā)明機器的目的是在強體力勞動的 壓迫下，使機器代替人的體力而使人類解放出來
，但是機器在多大程度上替代人類勞動
， 智能工具的出現(xiàn)使人類個體競爭面臨著同機器的絞殺
。這些對于人類自身來說缺乏心理準備 。 人類在這種文明所導致的生態(tài)失調狀況下開始反思并力求尋找新的出路
?div id="jfovm50" class="index-wrap">！敖⑷伺c自然
、 機器的對話平臺”
，共生哲學觀強烈地呼吁人與機器
、生態(tài)自然與人造自然之間建立兩種文 化的結構，重塑科技價值和人類地位
。從機器工業(yè)化的人為形態(tài)符號的視覺充斥中脫離出來
，轉向從自然原生狀態(tài)中開發(fā)設計形態(tài)
，是當代生態(tài)設計的一種策略和新理念
。�
第一，仿生形態(tài)的宜人性可使人與機器形態(tài)更加親近
。自然界的生物的進化，物種的繁衍
， 是在不斷變化的生存環(huán)境中合乎邏輯與規(guī)律地進行著調整和適應。這都是因為生物機體的構 造具備了生長和變異的條件
，它隨時可以拋棄舊功能，適應新功能
。人為形態(tài)與空間環(huán)境的 固定化功能模式抑制了人類同自然相似的自我調整與適應關系
。因此
，設計要根據人的自然 和社會屬性
，在生態(tài)設計的靈活性和適應性上最大限度地滿足個性需求
。�
第二，仿生形態(tài)蘊含著生命的活力
。生物機體的形態(tài)結構為了維護自身
、抵抗變異形成 了力量的擴張感
，使人感受到一種自我意識的生命和活力，喚起我們珍愛生活的潛在意識
，在這 種美好和諧的氛圍下，人與自然融合
、親近，消除了對立的心理不安狀
，使人感到幸福與滿足。�
第三
，仿生形態(tài)的奇異性豐富了造型設計的形式語言。自然界中無數有機生命(動物與植物) 豐富的形體結構
，多維的變化層面，巧妙色彩裝飾和圖形組織以及它們的生存方式、肢體語 言
、聲音特征、平衡能力為我們人工形態(tài)設計提供了新的設計方式和造美法則
。生物體中體 現(xiàn)出的與人溝通的感性特征將會給我們新的啟示。
地面機械工作時
，土壤對其觸土部件的粘附嚴重降低了生產效率
，這成為一個亟待解決的重大技術難題
。某些生物
，特別是土壤動物
，經過億萬年的進化優(yōu)化
，具有優(yōu)良的減粘脫附功能
，深入地研究土壤動物的生理規(guī)律和減粘脫附機理
，將會解決地面機械工作部件的土壤粘附問題
。本項目在此方面開展了深入系統(tǒng)地研究工作，取得了如下成果：
1
、成功地進行了實驗室養(yǎng)殖蜣螂30天以上
，系統(tǒng)地揭示了其眾多形態(tài)特征
。
2
、初步建立了土壤粘附模型結構
，采用譜分析
、分形分析
、遺傳算法等手段研究了土壤粘附問題
。
3
、設計開發(fā)的仿生非光滑犁壁
，可減小耕作阻力15%-18%
，節(jié)省燃料消耗5.6%-12.6%。以ZG25Mn2和ZG75Mn13鋼為基體，制備了兩種仿生梯度耐磨表面
。研制的聚合物基復合材料，當外加增強材料在一定范圍內（一般不超過10%）
，磨料磨損性能得到明顯提高
，而其脫附減阻性能比傳統(tǒng)觸土材料（鋼）有較大改進
。
4
、設計開發(fā)的仿生非光滑曲面推土鏟
，對于含水量為28.3%的黑粘土
，非光滑推土鏟比光滑鏟減阻13.1%-32.9%
。
5
、按照仿生電滲原理
，研制的仿生電滲落煤斗有效地解決了煤的粘附阻塞問題
。將仿生柔性脫附技術用于運煤礦車上
，有效地防止了煤的粘附和凍粘
。
隨著生產的需要和科學技術的發(fā)展
，從50年代以來
，人們已經認識到生物系統(tǒng)是開辟新技術的主要途徑之一
，自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創(chuàng)造發(fā)明的源泉
。人們用化學、物理學
、數學以及技術模型對生物系統(tǒng)開展著深入的研究，促進了生物學的極大發(fā)展
，對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想
，而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創(chuàng)造新的工程技術設備
。生物學開始跨入各行各業(yè)技術革新和技術革命的行列，而且首先在自動控制
、航空、航海等軍事部門取得了成功
。于是生物學和工程技術學科結合在一起
，互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學
。
仿生學作為一門獨立的學科
，于1960年9月正式誕生
。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議
。會議討論的中心議題是“分析生物系統(tǒng)所得到的概念能夠用到人工制造的信息加工系統(tǒng)的設計上去嗎
？”斯梯爾為新興的科學命名為“Bionics”
，希臘文的意思代表著研究生命系統(tǒng)功能的科學
，1963年我國將“Bionics”譯為“仿生學”
。斯梯爾把仿生學定義為“模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術系統(tǒng)
，或者使人造技術系統(tǒng)具有或類似于生物特征的科學”
。簡言之
，仿生學就是模仿生物的科學
。確切地說
，仿生學是研究生物系統(tǒng)的結構
、特質
、功能
、能量轉換
、信息控制等各種優(yōu)異的特征
，并把它們應用到技術系統(tǒng)
，改善已有的技術工程設備
