仿生學的發(fā)展及應用

1、仿生學的發(fā)展及應用 仿生學的發(fā)展及應用摘 要：仿生學科的出現(xiàn)發(fā)展已經(jīng)有將近 60 年的歷史，在這期間仿生學得到了快速的發(fā)展，并對人類生活產(chǎn)生了各方面的影響。本文介紹了從古到今仿生學的發(fā)展歷程及今后仿真學的發(fā)展趨勢。并對不同領(lǐng)域內(nèi)仿真學的應用做了簡要的介紹和舉例，從而更好的了解認識仿真學。關(guān)鍵詞：仿真學；發(fā)展；應用 引 言地球上的生物在經(jīng)歷了漫漫的進化之后，到現(xiàn)在人類已知的已經(jīng)有 170 多萬個物種，科學家推測世界上的物種大約在 500

2、-1000 萬種之間甚至更多。生物為了求得生存和發(fā)展，在進化中逐漸形成了各自適合自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)及生命系統(tǒng)等。不同的物種都各自有著自身的特點，人類在進化發(fā)展的過程中，對這些特點的應用就是仿生學最初的起源。自古以來，自然界就是人類各種科學技術(shù)原理、重大發(fā)明的源泉。在 500 萬年的進化中，人類不斷模仿自然，提升生產(chǎn)能力，才有現(xiàn)在人類社會的發(fā)展程度。而這種行為，在現(xiàn)代社會催生出了一門科學——仿生學。仿生學是一門綜合性的，由生命科學和工程技術(shù)相

3、互結(jié)合而產(chǎn)生的新技術(shù)，在現(xiàn)代社會廣泛應用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)和日常生活等多個領(lǐng)域。了解仿生學的發(fā)展過程，清楚仿生學在各個領(lǐng)域的具體應用，對于研究仿生技術(shù)，進一步促進仿生學的發(fā)展有著重要的意義。仿生學誕生前的發(fā)展及應用 仿生學誕生前的發(fā)展及應用仿生學的發(fā)展可以追溯到人類文明的早期，人類文明的形成過程中不自覺的對仿生學的應用，這些應用仍舊停留在比較原始的階段，由于環(huán)境的惡劣，人類不得不從自然界的其它生物及自然現(xiàn)象中學習從而保證自己的生存。因此

4、，從遠古時代起，人們實際上已經(jīng)就已在從事仿生學的工作[1]。例如，人類現(xiàn)在仍在使用的工具：鋸子，相傳是中國古代的春秋戰(zhàn)國時代，魯班上山伐木途中，手指為鋸齒草劃破，從而受到啟發(fā)，經(jīng)反復實踐，終于制成了人類史上第一架帶有鋸齒的木工鋸[2]。古代人類就有著想要利用工具飛翔的期望，自古以來就有很多人模仿鳥類制作出許多“飛行器” ，但是由于科學發(fā)展的程度不夠，都沒有成功。直到 1903 年 12 月 17 日，美國人萊特兄弟發(fā)明并成功試飛了人類歷

5、史上的第仿生學的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 仿生學的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢當前，仿生學的研究和應用在國內(nèi)外都得到了極大的關(guān)注，得到了蓬勃的發(fā)展?？茖W家們正帶著自動控制、能量轉(zhuǎn)換、信息處理、力學模式和材料構(gòu)成等大量技術(shù)難題，到生物系統(tǒng)中去尋找啟迪。機器人技術(shù)的發(fā)展很好地體現(xiàn)了仿生應用的理念。早期的機器人主要是模擬人的重復性勞動，替代人完成重復的運動和力學行為，如汽車安裝機器人。這類在常規(guī)環(huán)境下工作的機器人已經(jīng)成熟。仿生機器人的研制始于上世紀 90 年代，只有

6、十多年的歷史，然而進展迅速，特別是美國、日本等發(fā)達國家的研究工作走在了世界前列，非常規(guī)環(huán)境下工作的仿生機器人已成為機器人技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[4]。圖 2 仿生機器人仿生學的發(fā)展對各行各業(yè)都有著重要的意義，同時對于各科學領(lǐng)域都有著不同程度的相互促進作用。近年來生命科學的發(fā)展拓寬和加深了仿生領(lǐng)域，極大地促進了仿生學的發(fā)展。反之仿生學的發(fā)展也促進生物科學的發(fā)展。例如：動物運動的人工誘導和神經(jīng)工程學的建立。仿生學問題很多來自于工程和技術(shù)的難

7、題和需要，人類對自然的仿生不是簡單意義上的模仿，而是根據(jù)人類的認知和工程與技術(shù)需要對自然主動同化和建構(gòu)。仿生學和工程技術(shù)相互融合，相互影響，互相促進，使一些夢想成真?？刂普?Cybernetics)提出者維納認為， “在已經(jīng)建立起的科學部門間的無人的空白區(qū)上，最容易取得豐碩的成果”[5]。交叉學科的仿生學最容易取得豐碩的研究成果。仿生學隨著科技與經(jīng)濟的發(fā)展而發(fā)展，也必將極大地推動未來學科和經(jīng)濟的發(fā)展。未來仿生學的發(fā)展應該是會聚著多種技術(shù)