仿生學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用

1、仿生學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用 仿生學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用摘 要：仿生學(xué)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(xué)得到了快速的發(fā)展，并對(duì)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(xué)的發(fā)展歷程及今后仿真學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。并對(duì)不同領(lǐng)域內(nèi)仿真學(xué)的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要的介紹和舉例，從而更好的了解認(rèn)識(shí)仿真學(xué)。關(guān)鍵詞：仿真學(xué)；發(fā)展；應(yīng)用 引 言地球上的生物在經(jīng)歷了漫漫的進(jìn)化之后，到現(xiàn)在人類已知的已經(jīng)有 170 多萬個(gè)物種，科學(xué)家推測(cè)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(jìn)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(diǎn)，人類在進(jìn)化發(fā)展的過程中，對(duì)這些特點(diǎn)的應(yīng)用就是仿生學(xué)最初的起源。自古以來，自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理、重大發(fā)明的源泉。在 500 萬年的進(jìn)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(huì)的發(fā)展程度。而這種行為，在現(xiàn)代社會(huì)催生出了一門科學(xué)——仿生學(xué)。仿生學(xué)是一門綜合性的，由生命科學(xué)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(huì)廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)和日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。了解仿生學(xué)的發(fā)展過程，清楚仿生學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，對(duì)于研究仿生技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)仿生學(xué)的發(fā)展有著重要的意義。仿生學(xué)誕生前的發(fā)展及應(yīng)用 仿生學(xué)誕生前的發(fā)展及應(yīng)用仿生學(xué)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(duì)仿生學(xué)的應(yīng)用，這些應(yīng)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(xué)習(xí)從而保證自己的生存。因此

4、，從遠(yuǎn)古時(shí)代起，人們實(shí)際上已經(jīng)就已在從事仿生學(xué)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(guó)古代的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(fù)實(shí)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(xué)發(fā)展的程度不夠，都沒有成功。直到 1903 年 12 月 17 日，美國(guó)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(xué)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 仿生學(xué)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前，仿生學(xué)的研究和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外都得到了極大的關(guān)注，得到了蓬勃的發(fā)展?？茖W(xué)家們正帶著自動(dòng)控制、能量轉(zhuǎn)換、信息處理、力學(xué)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(jī)器人技術(shù)的發(fā)展很好地體現(xiàn)了仿生應(yīng)用的理念。早期的機(jī)器人主要是模擬人的重復(fù)性勞動(dòng)，替代人完成重復(fù)的運(yùn)動(dòng)和力學(xué)行為，如汽車安裝機(jī)器人。這類在常規(guī)環(huán)境下工作的機(jī)器人已經(jīng)成熟。仿生機(jī)器人的研制始于上世紀(jì) 90 年代，只有

6、十多年的歷史，然而進(jìn)展迅速，特別是美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(jī)器人已成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[4]。圖 2 仿生機(jī)器人仿生學(xué)的發(fā)展對(duì)各行各業(yè)都有著重要的意義，同時(shí)對(duì)于各科學(xué)領(lǐng)域都有著不同程度的相互促進(jìn)作用。近年來生命科學(xué)的發(fā)展拓寬和加深了仿生領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了仿生學(xué)的發(fā)展。反之仿生學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)生物科學(xué)的發(fā)展。例如：動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的人工誘導(dǎo)和神經(jīng)工程學(xué)的建立。仿生學(xué)問題很多來自于工程和技術(shù)的難

7、題和需要，人類對(duì)自然的仿生不是簡(jiǎn)單意義上的模仿，而是根據(jù)人類的認(rèn)知和工程與技術(shù)需要對(duì)自然主動(dòng)同化和建構(gòu)。仿生學(xué)和工程技術(shù)相互融合，相互影響，互相促進(jìn)，使一些夢(mèng)想成真?？刂普?Cybernetics)提出者維納認(rèn)為， “在已經(jīng)建立起的科學(xué)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(xué)科的仿生學(xué)最容易取得豐碩的研究成果。仿生學(xué)隨著科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)展，也必將極大地推動(dòng)未來學(xué)科和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。未來仿生學(xué)的發(fā)展應(yīng)該是會(huì)聚著多種技術(shù)