第一篇：建筑仿生學演講稿

給建筑以生命

—建筑仿生

早上好，女士們先生們，今天我要講的是一個常見但深奧的話題。當你看到下面幾組圖畫時，可曾想到過它們之間的神似。第一組，澳大利亞的象征—悉尼歌劇院和海灘上的潔白大貝殼；第二組，氣勢恢宏的國家體育場“鳥巢”和樹上毫不起眼的鳥巢；第三組，精美、別致的螺旋式高樓和那排列井然有序的樹葉。這時你可能已經猜到了我的話題—建筑仿生。當然，它是一個相當復雜的話題。讓我們先來看看這篇演講的結構。我們將先簡要地看看建筑仿生的種類，隨后我將介紹一座坐落在我們身邊的仿生建筑。今天由于時間關系，我只介紹后一部分。

假如我們仔細觀察我們周圍的建筑，就會發現天津博物館就是一座仿生建筑。天津博物館建筑設計整體像一只展翅高飛的天鵝，結構主體為鋼筋混凝土制成的多種鋼結構體系。天津博物館充分考慮了結構的合理性和可實施性，以表現天鵝展翅高飛的翼部大跨度球缺殼體結構，體現了用最少的材料建造最大的使用空間的構想。另外博物館實現了可像人一樣進行“呼吸”，采用了特殊的節點構造，當溫度變化產生溫度應力作用時，與一般結構的單純抵抗不同，結構可以自由伸縮，形成了可“呼吸“的大跨度空間結構。

給建筑以生命，讓建筑成為大自然的一部分，從而人類重新回歸大自然，享受恬靜舒適的生活。

Give Life to the Buildings

---Architectural Bionics

Good morning, Ladies and Gentlemen, I’d like to talk with you this morning about a common but profound topic.When you see several groups of photos following, have you thought of some similarities between them? First, the symbol of Australia-Sydney Opera House and the Large white shells on the beach；Second，the magnificent National Stadium “Bird Nest” and the humble nest on the tree;Third, the elegant and unique spiral buildings and the orderly leaves.Then you may have guessed my topic, the architectural bionics.Ok.Well, it’s a rather complex subject.But let’s look first at the structure of this talk.We’ll have a look at the kinds of the architectural bionics, but very much in outline.In another part of the talk we will go on to have a look at the bionic architecture just around us.Today, due to the time constraints, I will just introduce the latter part.If we carefully observe the buildings around us, we will find the Tianjin Museum is the bionic architecture.The Architecture of Tianjin Museum as a whole looks like a bright swan flying with its white and strong wings.The main structure is the multi-steel structure system made of reinforced concrete.Full account of the rationality and enforceability of the structure, the engineer adopt the large-span hemispherical shell structure to demonstrate the wings of the flying swan.The structure reflects the idea that building the largest space with the least materials.In

addition, the structure could “breathe” like people do.When thermal stress caused by temperature changes works, unlike the general structures to resist simply, the structure could extend freely because of the special node structure.Then a large span space structure, which could “breathe”, is formed.Give life to the buildings, and let the buildings become a part of the nature.So the human could return to the nature and enjoy the quiet and comfortable life.

第二篇：仿生學研究報告上傳

《自然界材料構筑科學與創新思維》研究報告

指導教師: 學號：

姓名：

目錄

一、仿生學概念

二、自己對仿生學的理解

三、仿生學的應用 1.利用動物體的特性（1）利用魚鳥的特點為火車入隧道過程降噪（2）利用鯊魚皮表面的特點進行抗菌

（3）利用珊瑚體秘方減少二氧化碳的排放（4）學習小生物如何從霧氣中獲取水分 2.利用植物體的特性（1）利用樹沿壓力線重組的特性構造輕量化材料

（2）利用葉子的光合作用制造太陽能電池（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具（4）王蓮能夠托起超重物體 3.利用細胞特性

（1）利用細胞膜的特性制造去鹽薄膜

四、小結

一、仿生學的概念

仿生學是指人類模仿生物功能，來發明創造的科學。它是一門新型邊緣學科。研究對象是生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術之中。該學科的問世，大大開闊了人類的技術眼界，顯示了巨大的發展潛力，是人類智慧的結晶。

二、自己對仿生學的理解

仿生學就是通過理解動物的自身特性，以及它們利用這些特性所做出的利于自己生存的本領，再經過人類能動性的思考，抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用聯系的思想加以應用于人類的生活和生產，為人類創造便捷和更有突破的生活方式。我們的生活、生產中不缺乏一些例子。例如，我們平時最討厭的在空中到處亂飛的蒼蠅，利用蒼蠅的鼻子嗅覺原理可以制作小型的氣體探測儀，利用蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）進行模仿，將它制成了“振動陀螺儀”，應用到了火箭和高速飛機上，實現了自動駕駛；利用蝙蝠發出的超聲波可以與障礙物反彈的原理制成了制造出了雷達，應用到了飛機航空中。螢火蟲腹部的發光器中的熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光，正是利用這樣的原理，創造了日光燈......像這樣仿生學的例子數不勝數。接下來，讓我們具體看一看仿生學的應用。

三、仿生學的應用

1.利用動物體的特性

（1）利用魚鳥的特點為火車入隧道的過程降噪

有一名工程師J.R.韋斯特是研究子彈列車項目的一個成員，由于子彈列車的車頭是圓的，所以每次經過山洞的時候，就會產生一種沖擊波，以至于駛出山洞的時候會發出音爆巨響。所以這個工程的工程師領隊就號召大家想辦法降低子彈列車駛出山洞時的音量。其中J.R.韋斯特也是一名鳥類愛好者，在研究學習中，他觀看了一個翠鳥的視頻，發現這種鳥在一種介質進入另一種不同密度的介質（從空氣進入水），沒有濺起一絲的水花。于是工程師們從翠鳥的喙上找到了靈感，流線型的長喙從尖端到頭部的直徑是逐漸增大的，潛水時會讓水流向身后。通過將子彈頭列車的車頭部分改造成翠鳥鳥喙的形狀，工程組解決了這個疑難已久的問題：大大降低了音噪，速度也隨之提高了10%,節省了15%的電力。（2）利用鯊魚皮表面的特點進行抗菌

鯊魚在茫茫大海中游走，面對著海底形形色色的生物卻不被它們所沾染，是如何做到的呢？是因為它們表面的皮膚結構。它們的表面附著著一層鋸齒狀物。這層鋸齒狀物是凹凸不平的小鱗甲，它可以避免一些黏液、水藻和藤壺在身體上附著，讓它們失去了了立足之地，也就是讓細菌無法附著在鯊魚的表面上。醫院的墻壁正是采用了這種技術，把這種鋸齒結構鋪在了墻壁上，有效避免了細菌的附著和滋生。這種方法大大優于了利用抗菌或其他的洗液去除細菌的方式，因為許多細菌在與這種洗液抗爭的過程中，早已自然選擇出了那些抗藥性的

個體。所以這個“墻壁鋸齒化”的方法確實從根源上解決了這一大難題。

（3）利用珊瑚體的秘方減少二氧化碳的排放

現如今的生產生活已經比拼的不僅僅是生產效率的高低，更加考驗的是如何綠色低碳的生產。有間美國的水泥制造廠名叫Clara，他們利用了珊瑚體的一些自身特性——能夠大量吸收二氧化碳，變廢為寶。工廠利用這點將大量的二氧化碳其轉換成水泥、混凝土等有用的建筑材料，這樣就把平時生產模式中的方程式進行了調換，原本生產 一噸的建筑材料會排放一頓的二氧化碳，現在則減少了將近一半的排放量，大大減輕了對環境的污染程度。（4）學習小生物如何從霧氣中獲取水分

生活在納米比亞沙漠的一種小生物，由于在沙漠中能夠在攝取水分而一直存活，沒有消亡。雖然他們沒有新鮮水分可以飲用，但是他們依靠從霧氣中獲取水分的方法，維持著生命。在它翅膀的后側有部分凸起，這個突起具有親水的前端和蠟質的旁側，使其具有親水特性，這樣霧氣會回凝在尖端，然后從旁側流下直到進入嘴中。一些建筑就利用到了它的特性。建筑師把這項科技應用到了建筑涂料中，這樣可以將霧氣回收利用，比捉霧網的作用好上10倍！

2.利用植物體的特性

（1）利用樹沿壓力線重組的特性構造輕量化材料

樹木通常沿著壓力線自我重組，利用這種結構可以構造輕量骨

架，即利用樹木的那種拉伸應力，制造齒輪，讓齒輪能夠在一定的自身承受范圍內；利用樹脂材料，我們還可以構建汽車的骨架，這樣可以使用最少的材料構建它，同時樹脂材料也可以協助促使橋梁輕量化，建筑鋼筋輕量化，從而獲取最大限量的支撐力。（2）利用葉子的光合作用的方式制造太陽能電池

基于葉子的運作方式，葉子通過光合作用對太陽進行吸收，太陽能電池正是基于這種將太陽能轉換的方式，轉換成了電能，利用了這一思想，將葉片的表面轉換成電池的表面，太陽能電池的表面擁有吸收陽光的物質，這一物質仿造了葉片表面，從而合理吸收了太陽能。（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具

荷葉“出淤泥而不染”，露珠在上面也呆不住。荷葉為什么能不沾泥土和水？中科院專家分析了荷葉的表面細微結構，發現其表面有許多乳狀突起，這些肉眼看不見的小顆粒，正是“荷花自潔效應”的成因，可以讓荷葉不沾染臟東西。于是，專家們模仿了荷葉的表面結構，研制出人工仿生荷葉。仿生荷葉實際上是一種人造高分子薄膜，該薄膜具有不沾水和不沾油的性質。同時，仿生荷葉還具有類似荷葉的“自我修復”功能，仿生表面最外層在被破壞的狀況下仍然保持了不沾水和自清潔的功能。這項研究可用于開發新一代的仿生表面材料和涂料。新型的“仿生荷葉薄膜”可以用于制造防水底片等防水產品。仿生荷葉涂料刷墻將不沾灰塵；同樣，我們也可以應用到雨衣或者廚具上，這樣就可以防水防油了。（4）王蓮能夠托起超重物體

王蓮的葉子很大，直徑有2米多，四周向上反卷，像一個大平底鍋。蓮葉向陽的一面淡綠色，非常光滑；背陰的一面土紅色，密布粗壯的葉脈和很長的刺毛。雖然只是一片巨大的葉子，但它的支撐和承重能力卻極不一般。在一片王蓮葉上，站一名35公斤的少年，它仍能像小船一樣穩穩地浮在水面上；即使是在葉面上均勻地平鋪一層75厘米厚的細沙，這個“大平底鍋”依然紋絲不動，決不會沉入水中。人們通過仔細研究發現，這異常強大的力量來自縱橫交錯、粗細不等的葉脈。蓮葉背面有許許多多粗大的呈放射狀的葉脈，之間還有鐮刀形的橫筋緊密聯結，構成了一種非常穩定的網狀骨架。蓮葉較強的承重能力由此而來。

3.利用細胞特性

（1）利用細胞膜的特性制造去鹽薄膜

大自然中有很多的凈水需要我們去除鹽，然而現在很多的除鹽方法不是太低效，太復雜，就是成本高。剛開始我們的方法是用水擠壓細胞膜，細胞膜堵塞，而且發現這樣的方法太費電。而大自然的方法則是優雅的，它僅僅利用的是細胞膜的通透性，由于細胞膜表面會有沙漏形的小孔，叫做水孔蛋白。它們能讓水分子通過，而留住離子等溶解質。有些公司就開始模仿這種結構制造去鹽薄膜，這樣能夠高效地利用這種結構，徹底分離開水與鹽的離子溶解質。

四、小結

仿生學是一門新學科，這門學科嘗試向自然界中的一些“天才”學習和借鑒經驗，通過聽取他們的一些“建議”，整理他們的建議，形成自己對待事物的新的解決方法。這些動物植物甚至是微生物，他們都有著自己的生存規律，適應著復雜多變的生存環境。就好比一個蜂族，它們利用自己的“智慧”，創造出如此精致富有層次感的蜂巢，讓人們相信了動物其實是有它們的天分的，我們不僅僅是那個最有創造性的群體，很多的突破我們都要依靠低級的動物去給予我們靈感實現。在這樣的事實面前我們不得不承認在這些低等的動植物面前，我們確實不能像它們一樣，利用自己的特點優雅的生存著；更不得不感慨仿生學這項事業的偉大，它能為我們帶來的是前所未有的突破，也可能是巨大的精神財富，讓我們長久安定的存活在這個藍色的星球上。相信在這個新世紀，人類會更好地利用生物本身的特點，完善人類的生產生活，使我們這個星球大大小小的各領域都能夠飛速運轉起來！

第三篇：仿生學論文

大自然的啟示——淺談軍事仿生技術

投資學專業 譚蘇航

摘要

自古以來，大自然都是人類的老師，人類向自然學習，模仿自然以適應自然，從而在自然界中謀求生存，人類經歷了從初級仿生造物到高級仿生造物的漫長過程，并在近現代形成了一門較為系統的仿生學學科體系。而軍事仿生技術是仿生學的一個重要組成部分，由于戰爭需求的牽引，有無數人致力于武器仿生與戰術仿生的研究，此技術應運而生。

本論文綜合相關文獻資料，對軍事仿生技術進行了概述，對其研究內容進行了闡述，同時對軍事仿生技術發展的歷史進行了簡要介紹。本論文著重介紹軍事仿生技術在武器裝備的制造與戰術戰略設計上的應用，并列舉大量實證進行分析。最后，本論文對軍事仿生技術的未來發展趨勢作了簡要探討。

關鍵詞：仿生學軍事仿生技術 武器仿生 戰術戰略仿生發展趨勢

一、軍事仿生技術概述

（一）仿生學概述

1.仿生學的基本概念

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，它是一門模仿生物的特殊本領，利用生物的結構和功能原理來研制機械或各種新技術的學科。

2.仿生學的歷史與發展 在人類文明的早期，人類為了生存就不得不對其周圍世界的動植物的生活習性與各種自然現象進行觀察，因此，實際上從遠古時代起，人們就開始從事仿生學工作了。例如，相傳在春秋戰國時代，魯班在上山伐木途中，手指被茅草劃破，從而受到啟發，制成了人類史上第一架帶有鋸齒的木工鋸。此類模仿大自然的例子不勝枚舉，直到20世紀40年代，調節理論和控制論的建立，逐步推動仿生學的建立，同時在1960年，“仿生學”作為一門獨立學科被正式命名。此后，仿生學地位不斷提升，研究領域不斷擴大，應用性不斷增強，具有非常好的學科前景。

（二）軍事仿生學概述

1.軍事仿生學的基本概念

軍事仿生學是仿生學的一項重要內容，是軍事科學和技術的一個極具影響力和生命力的研究領域。它是模仿生物系統的原理和特異功能來發展軍事高技術，提高武器裝備的性能，發展軍事戰略技術，提高軍隊后勤保障的能力的一種技術。

2.軍事仿生技術的歷史和發展

在古代，人們為了滿足戰爭需要，模仿動物的角、嘴、牙、爪制造弓箭、長矛、戈、戟、刀、抓、鉤、鞭、锏等十八般兵器，到現代模仿飛禽昆蟲發明的飛機，模仿魚和海獸制造的軍艦，模仿飛魚和響尾蛇制造的導彈，模仿昆蟲制造的太空飛船和機器人，提高了武器的威力，豐富了戰爭的形式和內容。

二、軍事仿生技術的應用

（二）軍事仿生技術在武器制造上的應用 1.蛛網與裝甲

蜘蛛在世界上分布很廣，約 4萬種，棲息干除南極洲以外的六大洲。劇毒蜘蛛能攻擊人類并致人死命；普通蜘蛛以織網聞名。絲線為骨蛋白，在體內呈液體狀態，到體外遇空氣才硬化成絲。蜘蛛絲具有很強的軸滯性，小昆蟲一巳進入蛛網，便只有等著成為蜘蛛的腹中物了。在美國南部的佛羅里達州和許多拉美國家，生活著一種別名叫作“金眼”的蜘蛛，它素以結網粘捕飛鳥而著稱。近年來，美國軍方經過研究，發現它的蛛絲的抗張強度和彈性俱佳，其強度相當于同等直徑的鋼絲的 5 倍，是制作防彈衣物極為理想的材料。目前，科學家們已經開始運用仿生學理論研制人工蜘蛛絲，以期求得強力更高且重量更輕的防彈材料。受此啟示，英國劍橋一所技術公司試制成一種猶如蜘蛛絲一樣的高強度纖維。利用紡織技術把這種纖維加以紡織或者做成復合材料，可以用來作防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等的結構材料。

2.蝴蝶與衛星溫控系統

蝴蝶因其美麗的外表而惹人喜愛，蝴蝶一般色彩鮮艷，身上有好多條紋，色彩較豐富，翅膀和身體有各種花斑，最大的蝴蝶展翅可達28～30厘米左右，最小的只有 0.7 厘米左右，然而，如此小巧美麗的昆蟲卻藏著大奧秘，蝴蝶身體表面生長著一層細小的鱗片，這些鱗片有調節體溫的作用。每當氣溫上升、陽光直射時，蝴蝶身體表面的鱗片會自動張開，以減少陽光的輻射角度，從而減少對陽光熱能的吸收；當外界氣溫下降時，蝴蝶鱗片會自動閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍內，這曾解決了曾困擾研究人員很久的問題，遨游太空的人造衛星，當受到陽光強烈輻射時，衛星溫度會高達 2000℃，而在陰影區域，衛星溫度會下降至-200℃左右，這很容易損壞衛星上的精密儀器儀表，而蝴蝶則帶給人啟迪，從而人們為人造衛星設計了一套溫控系統。

3.烏賊和魚雷誘餌

烏賊身體扁平柔軟，非常適合在海底生活。烏賊平時做波浪式的緩慢運動，可一遇到險情，就會以每秒15 米（54公里/小時）的速度把強敵拋在身后。有些烏賊移動的最高時速達150 千米。它不但逃走快，捕食更快。烏賊是水中的變色能手，其體內聚集著數百萬個紅、黃、藍、黑等色素細胞，可以在一兩秒鐘內做出反應調整體內色素囊的大小來改變自身的顏色，以便適應環境，逃避敵害。烏賊的體內有一個墨囊，里面有濃黑的墨汁，在遇到敵害時迅速噴出，誘騙攻擊者上當，掩護自己逃生，潛艇設計者們仿效其設計成魚雷誘餌。現在魚雷誘餌酷似一艘袖珍潛艇，既可按潛艇的航向航行，航速不變；也可模擬噪聲．螺旋槳節拍．聲信號和多普勒音調變化等。正是它這種惟妙惟肖的表演，令敵潛艇或攻擊中的魚雷真假難辨。

（二）軍事仿生技術在戰術戰略設計中的應用

1.進攻戰術

猛虎戰術 在自然界中，有強大的動物，也有弱小的動物，強大的動物進攻能力也很強，老虎就是其中一個例子，它身強體壯，牙利爪尖，兇狠無比，在自然界中除了獅子和大象之外，其他動物均不是它的對手。老虎屬于夜行性，善于游泳，以兇猛 而聞名于世。我國軍隊就從其中受到啟發，發明了夜戰，成為了克敵制勝的傳統戰法，還模仿老虎撲食的兇猛動作創造了猛沖，猛追，猛打的三猛戰術，許多部隊通過這種猛虎戰術取得了輝煌的成果。我國著名軍事學家劉伯承元帥對猛虎撲食的方式十分感興趣，并據此發明了猛虎掏心的戰術，在解放戰爭中取得了輝煌戰果。

狼的戰術

狼是一種十分狡猾的動物，擁有善于奔跑的長足，銳利的牙齒和大口，有的人認為狼兇暴殘忍，有的人認為狼重視族群，懂得忍耐與放棄。狼通常群居活動，其戰術有以下三個特點。第一，突然襲擊，出其不意，第二，選擇孤立弱小的目標四面攻擊，使其顧此失彼，第三，多路追擊，平行追擊。狼的戰術引起了西方資產階級軍事家的重視，第二次世界大戰期間，納粹德國潛艇部隊的司令員鄧尼茨模仿狼群攻擊獵物的方法，創造了狼群戰術，既潛艇協同攻擊戰術，在第二次世界大戰初期獲得了巨大戰果，一度給同盟國的大西洋運輸造成了嚴重損失。

2.防御戰術

動物合群抗敵與環形防御

進行群體生活的動物能獲得多方面的好處，一方面，它們能依靠群體力量抗擊強大敵人的襲擊，另一方面，環形防御沒有暴露薄弱部位，能抵抗來自四面八方的進攻，人們把這種戰術在軍事中運用為裝甲防護圈，裝甲防護圈有以下幾個好處：第一，防御快，第二，防御堅固，第三，沒有暴露的一側和前后方之分，第四，應變能力強，可變性大。

迷彩偽裝

自然界中的動物在長期淘汰和競爭中，逐漸形成了用顏色保護自己的本能，其身上的顏色多與之生活的環境相適應，比如北極熊，北極熊長年累月在北極的冰天雪地中生存，身上長滿了白毛，與冰雪的顏色保持一致，獵豹長期生活在草原和叢林，身上有淡黃色花紋，與地面的顏色相似。

3.仿生戰略

戰略和戰術不同，一般指從總體和全局出發，對戰爭的全局設計，是一種謀略。在自然界中，有很多動物具有天然的生存策略，比如蜘蛛，蜘蛛是一種食肉性動物，它捕食的生物不僅數量多，種類廣，而且手段相當高明，它在狩獵捕食的時候，具有令人驚嘆的勇氣和極大的耐心，它不怕失敗和從不灰心的行為曾經給許多戰略家以啟發，在美國獨立戰爭期間美國第一任總統華盛頓所率領的軍隊曾被英國的殖民軍大敗，他本人也被殖民軍趕到了荒野，他開始對戰爭的勝利感到灰心了，他在無意中看到自然界中的蜘蛛面對各種阻礙，依然沒有放棄，從而成功織網。從此，在戰爭中，當他面臨困境時，總會用蜘蛛織網的故事來鼓勵自己與自己的軍隊，最終贏得了美國獨立戰爭的勝利。1794年的深秋，法國資產階級革命家拿破侖率軍攻打荷蘭，荷蘭人打開各條河流的水閘，用用洪水阻擋法軍，當法軍正準備要撤退的時候，卻接到了大量蜘蛛在吐絲織網的報告，拿破侖當機立斷，下令就地待命，原來，蜘蛛吐絲織網預示著干冷天氣即將到來，不久，寒潮果然來襲，河水冰凍，法軍踏冰前進，攻陷了荷蘭的烏得勒支城。華盛頓和拿破侖均從蜘蛛身上受到啟發，受到鼓舞，制定了正確的軍事戰略，這便是仿生戰略中的一個典例。

三、軍事仿生技術的發展趨勢

（一）由表及里

軍事仿生技術由外形、動作模仿向微納結構仿生的發展幾乎都以自然新原理、新方法、新規律、新現象的揭示與發現為基礎，由“由表及里”生物結構表征技術水平所決定。生物結構表征技術是仿生技術發展的源動力，亟需發展“由表及里”生物結構表征新方法、新原理、新裝備，為揭示自然神奇奧秘提供技術手段。

（二）由簡到繁

人們不斷學習、借鑒自然界生物運動機理及其特性，使得仿生技術的思想由簡單的外形單一仿生逐漸向復雜整體和系統仿生發展，從而導致了許多新概念武器裝備的出現。大量事實表明，仿生技術應用于軍事及其他領域無不經歷設計“由簡到繁”、最終導致新概念武器裝備出現的過程。

（三）由宏到微

生物材料、生物結構的多尺度微納結構特征是導致其優異功能的主要因素，往往會產生出軍事領域所需要的新效應、新效能，如蝴蝶翅膀鱗粉光子效應可用于隱身；荷葉疏水的多級微納結構可用于減阻自潔。為獲得與生物材料、生物結構一樣的新效應、新效能，發展仿生材料制造技術，滿足多尺度復雜微納結構成形制造要求，就成為仿生材料發展的核心關鍵。因此，必須大力發展仿生材料制造技術，突破“由宏到微”仿生材料制造技術瓶頸，實現一系列軍事所需新效能，為武器裝備發展帶來變革性的突破。

參考文獻

［1］劉福林.仿生學發展過程的分析［J］ 安徽農業科學 2007 35（15）4404-4405 ［2］朱天陽 周俊良 姚敏.淺談仿生學在軍事發展中的應用［J］ 學術論壇 2015 133 ［3］張德遠，陳華偉，張 鑫，梁建宏.軍用仿生技術發展趨勢［J］ 國防科技 2013 Vol．34，No．6 1-5 ［4］李娜.自然睿智的啟示——當代仿生形態設計方法研究［D］中國美術學院 2013 1-53 ［5］馬文慶.動物與軍事仿生學［J］ 科學之友 2007 22-23

第四篇：仿生學聽課筆記

仿生學聽課筆記

資源環境學院09資源環境科學3班 孫怡

200930210319

我一直特別愿意學習對自己有用的東西。這個就是我選修仿生學的原因。

在我看來，與其說仿生學是一門學科，我更愿意把放生看作一種能力。這個不同于生物學或者設計學，仿生是必須基于對生物的了解之后才能進行“仿”這個創造設計的步驟。

從定義上來看，仿生學是涵蓋生物電子學、生物傳感器、生物仿真材料、生物物理學、生物電機和生物大分子的自裝配等的一門交叉學科。而仿生學主要是研究和建立一類人工系統，使之具有生命系統的某些特性的學科。

上課始伊，是被那些外表絢麗的家居用品，汽車所吸引。那個時候就發現自然界的美麗是必須要經歷了時間的洗禮之后才能夠感悟的。那些生動的沙發椅子書桌的時候，我以為這個就是仿生學了。把生物形態或者說是大自然的瑰麗全部應用與產品設計中。那些創意獨特的產品吸引了很大一個群體的注意力，以此來提高購買率。當然仿生產品在生活中漸漸加深的滲透也是我們的生活變得趣味無窮。在這個創意至上的年代，同一個功能的東西，也許兩者就是一個創意的差別，在售價上就出現了很大的差別。然而這個時候才明白知識就是力量，能力就是金錢的真正寓意啊。比如說，一只簡單的桃木椅子，在宜家也不過就是300多塊錢，可是加入了仿生的新型概念椅子，卻可以在展覽上賣到五位數。這個就是差距。然而學習可以彌補差距。了解仿生學，我想除了學習到這樣的一種理念之外，更多的時候是為了讓我們自己的思維面拓寬，以后做任何創意設計的設計可以往這方面想想。

隨著課程的加多，我慢慢的了解到。仿生學的意義不僅僅在于讓我們的生活變得更加繽紛多彩。仿生學在國防軍事上的應用也有著重大的意義。

從魚雷到雷達這些已經耳熟能詳的軍事用品，到機器人軍隊，這些都是仿生科技在軍事領域的功勞。要是沒有前人想到將生物界各種動物的各種看家本領引申到人類科技上，可想而知人類世界將不會像現在這般便捷告訴的發展。我記得原來有人給我說過，每種生物都有自己最擅長的技能，這些技能都是人類所沒有辦法達到的，然而人類最大的優勢就是在于具有學習借鑒能力。這個才是最重要的。從夜視儀到電光鷹眼，我就發現，一場現代軍事戰爭除了戰略上認為的制訂，其他的更像一場自然界各種生物的技能大比拼。好的，你有蝙蝠的雷達，我卻有夜蛾的反雷達技術。這個時候已經不僅僅是靠戰士們拼勇搏殺的時候了，而是科技作戰數字作戰了。這個時候仿生學的重要性相信已經不言而喻了。已經到達國防的高度了，那么這門學科的實際意義更加是重要了。

在學習仿生學之前，我以為這門學科只是和那些花里胡哨的家居飾品，或者奢華的飾品有關。但是我知道仿生學除了與軍事領域息息相關之外，仿生學在很大程度上也改善了我們的生活。

之前我只以為仿生學只是把生物的形態顏色借鑒到產品設計中。然而后面才發現在農業和食品問題上，仿生學也發揮著舉足輕重的作用。從農藥到仿生栽培上，在民生之本的農業上，我們也不難發現仿生學的理念。這個時候仿生學就不僅僅只是一些形態的模仿了，更多的是利用這些概念，來簡潔便利我們的生產活動。大棚蔬菜，就是一個最為常見的仿生例子在農業上的發展。這里的仿“生”仿的就不是生物了，而是生態。可以說，仿生學的精華而不是在于生物的特性，而是“仿”這個概念，這種思維模式。善于借鑒。

終于要說到這一個學期的課程中，我印象最為深刻的一課。

某日上課的時候，兩位同學為我們放了一段視頻，說的就是外國一個醫生科學家，利用仿生學，讓已經癱瘓了患者可以自理自己的生活。這個是事實，不是猜測估計，或者是對于現代科技的美好愿望。是真正已經發生了的事情。

看到這個的時候，我的情緒是震驚的。這位醫生利用身體神經，做了一些類似于我們神經工作的電沖脈裝在病患身上，從而讓他可以開始自理自己的人生。看到這個的時候，我才想到，其實仿生學早就在醫學方面為我們做貢獻了，不是嗎？從助聽器到假肢，這些都是聰明的醫療工作者利用仿生學為病患爭取到的第二次機會。如果是這樣的話，仿人體大腦，這個人類最為重要的一個器官是不是也是指日可待了呢？這個太懸乎，我說不一定，可是寄予美好的想象也是可以的。我只能說隨著科技的日益發展，我相信有一天腦死的患者也可以重新開始自己的人生。仿生在醫療上的應用時最為我多感動的。第二次這樣的機會是多么可貴。我相信很多人都感受到了仿生學所帶來的福利。

一個學期的課程的學習，讓我覺得學習仿生學，學習應該是一種理念一種態度。或許仿生學應該成為一門基礎課。每一個學科都將會和仿生學掛鉤，仿生學在我們的生活中無處不在，還有什么會比這個更要呢？正是仿生學的無處不在，所以才證實了這門課的重要性。

仿生學的巨大前景在于，我們需要。隨著科技的發展，我們需要這樣的智慧與技術。

09資源環境科學學院

孫

怡

***

第五篇：仿生學與新材料

仿生學與新材料

摘要：自然界生物在漫長的進化過程中優勝劣汰，為了生存、自衛、競爭和發展的需要，強化了許多優異的結構和特殊功能，值得人們很好地借鑒并發揮。仿生學是指模仿生物建造技術裝置的科學，它是在上世紀中期才出現的一門新的邊緣科學。仿生學研究生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術之中，發明性能優越的儀器、裝置和機器，創造新技術。從仿生學的誕生、發展，到現在短短幾十年的時間內，它的研究成果已經非常可觀。仿生學的問世開辟了獨特的技術發展道路，也就是向生物界索取藍圖的道路，它大大的開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。關鍵詞：仿生學 仿生設計 軍事 能源

1.引言

早在遠古時期，人類就從自然生態系統中領悟到自身生存、發展和進步的真諦，蒙昧時代進入文明時代就是在模仿和適應自然規律的基礎上發展起來的。回顧世界文明史，人們很早就留下了模仿自然生態的痕跡，人首龍身、羽化飛升等大量事例記述了人們對自然生命形態和功能創造性的模仿。

人類師法自然思維由來已久，這便促成了仿生學的誕生。仿生學是研究生物系統的結構和性質以為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學，屬于生物科學與技術科學之間的邊緣學科，其目的就是分析生物過程和結構，并將結果用于未來的設計。

仿生學思想是建立在自然進化和共同進化基礎上的，人類所從事的技術就是為使其達到互相間的協調，而模擬生物適應環境的功能無疑是一個好途徑，恰似“橋 梁”和“紐帶”，連接著生物科學與技術科學[1]。人們向生物系統索取設計藍圖，使軍事、化工、機械、建筑等科學領域發生了根本性的變化，新事物層出不窮：從雪 地行走的企鵝，人們發現了越野汽車；利用六角形結構蜜蜂窩，生產出了蜂窩材料；從青蛙突出的眼睛，制造電子蛙眼；由令人討厭的蒼蠅，仿制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；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。根據蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“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、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。

在工業化進程加速的基礎上，仿生學已被廣泛應用到社會生產、生活的各個方面，仿生學的相關設計開始占據舉足輕重的地位，人們由此得出仿生設計學（Bionics Design）[2]。仿生設計學是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興學科，它與原有的仿生學成果應用不同，是以自然界萬事萬物的“形”“色”“音” “功能”“結構”等為研究對象，同時結合仿生學的研究成果，為設計提供新的原理和方法。從某種意義講，仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展，作為人類社 會生產活動與自然界的契合點，正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。2.仿生學的研究范圍

仿生學的研究范圍非常廣闊主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

力學仿生，是研究并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，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，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后，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，是研究與模擬神經元與神經網絡、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制成的“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絡的工作原理，研制成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上，并在此基礎上構造出新型計算機。模仿人類學習過程，制造出一種稱為“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。我們可以從不同的角度多方面研究仿生學的原理與方法，更好的應用仿生法。3.仿生學的應用

3.1仿生學在軍事上的應用

隨著時代發展與變化，軍事仿生設計越來越受到人們的關注。在漫長的進化過程中，生物為了生存、自衛、競爭和發展的需要，逐漸形成了許多優異的結構和特殊功能，值得人們在軍事研究中很好地借鑒。軍事仿生學就是模 仿生系統的原理來建造先進軍事裝備技術系統或者使人造軍事裝備技術系統具有或類似于生物系統特征的一門科學。隨著人類科學技術的進步，軍事仿生學的研究 范圍越來越廣泛，已經滲透到與軍事相關的各個領域，只要生物界具有的優異之處而軍事裝備上又很需要的，都值得軍事研究人員去揣摩、模仿。

仿生設計在軍事上的成功應用有很多例子。如貓的眼睛與夜視儀。漆黑的夜晚，貓能清楚地觀察老鼠的一舉一動并敏捷地抓住它，其原因在于貓眼的視網膜上具有圓 錐細胞和圓柱細胞，圓錐細胞能感受白晝普通光的光強和顏色，圓柱細胞能感受夜間的光覺。一般只能在白天活動的動物如鳥、雞等，它們的視網膜中常常只有圓錐 細胞；而另一些只能在夜間活動的動物如貓頭鷹，其視網膜上只有圓柱細胞。此外，貓眼還有一個特點，在它感受弱光時，瞳孔能夠隨著光的不同強度而自動調整。所以，陽光很強時，你會看到貓瞇著它的雙眼，瞳孔已縮小成直線般的細縫，保證只讓少量的光線進入瞳孔內。而在光線十分微弱的晚上，瞳孔又能放大呈圓形，以 便保證在黑暗中也能看清楚各種物體。軍事科學家們便模仿貓眼的奧妙研制出了大有用處的微光夜視儀。這就是軍事仿生學。世界上有許多軍事發明，也都是科學家在探 索動物奧秘中得到啟迪而設計、發明的。例如：蝴蝶與衛星控溫系統。位于太空的人造地球衛星，在受到陽光的強烈照射時，衛星表面溫度會高達2000度；而在 陰影區域，衛星表面溫度會下降至零下200℃左右，很容易烤壞或凍壞各種儀器儀表，這曾使航天科學家傷透了腦筋。后來，科學工作者從蝴蝶身上受到啟迪，原 來在蝴蝶體表生長著一層細小的鱗片，有著調節體溫的作用。每當陽光直射、氣溫上升時鱗片自動張開，以調整陽光照射的角度，從而減少對熱能的吸收；而當外界氣溫下降時，鱗片自動閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把溫度控制在正常范圍內。科學家為人造地球衛星設計了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統。

仿生設計在軍事上的成功應用，推動了軍事科技的發展。在當今信息時代，人們對設計的要求和過去不同，既注意功能的優良特性，又追求形態的清新、淳樸，同時注重個性[3]。而仿生設計本身就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，從而來創造更優良的人造物。所以，運用仿生性思維進行軍事方面設計，不僅創造功能完備、結構精巧、用材合理、美妙絕倫的軍事化及軍需化物品，而且以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然和諧統一。

仿生設計在軍事上的應用有著巨大的潛力和發展前景，隨著科學的高速發展和人們對自然界認識的不斷提高，將會有更多的仿生發明應用于軍事科技領域。兩個領 域的結合將使軍事研究向著更為科學和完美的方向發展，為軍事研究開辟新的空間；同時，仿生設計也擁有了更廣泛的用武之地，為其自身進一步發展壯大奠定了基礎。

3.2仿生學在新能源上的應用

2008年8月Angewandte Chemie雜志報道了澳大利亞莫納什大學的利昂·斯皮西亞、羅賓·布里姆布來可比和安妮特·可羅，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的格哈德·斯偉格斯和美國普林斯頓大學的查爾斯·迪斯莫克斯共同開發了由一層涂層和維持植物光合作用的基本化學物質——錳組成的系統。該系統可模擬植物的光合作用，為利用陽光將水分解成氫和氧開辟了一條新途徑。此項技術突破有望革新制氫工藝，從而利用太陽光大規模生產清潔的綠色能源——氫氣。光合作用是植物、藻類和某些細菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物，并釋放出氧氣的生化過程。對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是賴以生存的關鍵，而在面臨能源和環境瓶頸的今天，這一過程中的能量轉換也為人類提供了極其重要的啟示。由于自然光譜的吸收率等原因，光合作用在多數植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工設計的系統中，研發人員借鑒其光反應與電子傳遞的機制，并提高通量轉化的效率，使其適于太陽能的轉化利用。事實上，在上述模擬光合作用的研究取得突破前，微生物制氫的已經成為了研究熱點。自然界已發現有類似甲烷菌的制氫菌，但其菌種繁育不如甲烷菌那樣簡單。若能建立合適的菌種群落，制造氫氣也會像制造沼氣一樣得到大規模應用。

模擬光合作用制氫或者微生物制氫過程正是仿生學“向自然學習”的思想典型。20世紀40年代以來，工程技術領域中出現了調節理論，人們開始在一般意義上把生物與機器進行類比，認識到二者包含自動調節系統。此后，科學研究和生產實踐完全證實了生物和機器在許多問題上的共同之處。而控制論則把生物科學和工程技術從理論上聯系起來，成為在原理上溝通生物系統與技術系統的橋梁，奠定了生物與機器在控制與通信方面進行類比的科學理論基礎。之后，斯蒂爾提出了仿生學的研究理念。自上個世紀末以來，人們認識到大約35億年的生命演化與協同進化過程優化了生物體宏觀與微觀結構，形態與功能具有無可比擬的優越性，仿生學也因此顯示出巨大的生命力。

從研究模式上看，仿生學作為模仿生物建造技術裝置的科學，是一門新興的邊緣科學，研究生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術之中，發明性能優越的儀器、裝置和設備，創造新技術。模擬光合作用制氫過程的例子很好地詮釋了這一點。在植物的光合作用中，錳參與幾種酶系統。由于錳 可以在正二價和正四價兩種化合價之間轉換，所以主要在氧化還原和電子轉移中發揮作用。這一思想為斯皮西亞等人的研究提供了啟發。他們在確定錳簇是植物利用水、二氧化碳和陽光制造碳水化合物和氧氣的中心樞紐后，開發出這種人造錳簇，并利用這些分子的能力將水分解成氫和氧。研究者將一層質子導體――Nafion薄膜覆蓋在一個電極上，形成一層僅幾微米厚的聚合體膜，這層聚合體膜充當錳簇的載體。錳在正常情況下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化劑結合，形成不易分解的穩定結構，當水到達此催化劑時，在陽光的照射下便發生氧化反應。

在能源和環境領域，這一技術顯示了仿生技術的巨大應用潛力和價值。初步測試表明，此催化劑連續使用3天之后還有活性，由此分解出來的氫氣和氧氣可以在燃料電池中結合成水，產生電力供住宅和電動車全天24小時使用，且不排放碳而是排放水。雖然此系統的效率還有待提高，但研究者可以不斷地從自然界中學習，使之更為高效，從而使氫這一能效高且沒有碳排放的綠色清潔能源為未來社會所用。

生物體的電子傳遞過程在能源仿生技術上的另一重點研究領域是生物發光。生物發光和光合作用都是“電子傳遞”現象，而從某個角度上看，生物發光可以看作是光合作用的逆反應。光合作用是綠色植物吸取環境中的二氧化碳和水分，在葉綠體中，利用太陽光能合成碳水化合物，同時放出氧氣。光能從水分子上釋放電子，并把電子加到二氧化碳上，產生碳水化合物，這是一個還原過程。光合作用把光能轉變成化學能，而生物發光是電子從熒光素分子上脫下來和氧化合，形成水，產生光。生物發光是將化學能轉變成光能。生物光作為冷光源，具有效能高、效率大、不發熱、不產生其它輻射、不會燃燒、不產生磁場等特點，對于手術室、實驗室、易燃物品庫房、礦井以及水下作業等，都是一種安全可靠的理想照明光源。通過模仿發光生物把一種形式的能量轉換成另一種形式的能量，制造冷光板使其不需要復雜的電路和電力，就能白天吸收太陽光，晚上再將光能釋放。人們先是從發光生物中分離出純熒光素，后來又分離出熒光酶。現在已能人工合成熒光素，這就使人類模仿生物發光，創造一種新的高效光源——冷光源成為可能。然而，人們對于螢火蟲等發光機制的研究仍然有待深入。如果將光合作用和生物發光機制在仿生學框架下同時加以研究，就有可能在能量利用的電子傳遞現象中取得進展，從而實現能源利用更為巨大的進步。

從仿生學的誕生、發展，到現在短短幾十年的時間內，研究成果已經非常可觀。仿生學的問世開辟了獨特的技術發展道路，也就是向生物界索取藍圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力，在能源技術上的應用潛力也極其巨大，有助于破解人們所面臨的能源瓶頸問題，同時解決石化能源等所帶來的環境問題。

3.3仿生學在醫學的應用

醫學仿生學包括人工臟器的研制、生物醫學圖像識別以及醫學信號的分析處理等。此外，還在研究建筑仿生、農業仿生等。美國科學家宣布，他們將活細胞和硅化電路相結合，創造出他們表示可使醫學技術革命化的“仿生學晶片”。伯克利的加州大學研究人員宣布，他們成功地把人類的組織細胞裝置在電腦晶片的小室內。帶領這項研究的一位教授魯賓斯基說：“這是以硅為基本成份的晶片，跟任何電腦或電子裝置使用的晶片類同。我相信它是真正的仿生學晶片。” 研究人員表示，這是人類活細胞首次被電腦訊號控制。科學家透過指揮微小的裝置打開或關閉細胞，希望有一天能命令癌細胞自行打開，容許有害的力量侵入，從而自我毀滅。

醫學仿生學——已制成的有原子動力心臟，人工腎，能做出六個基本動作的假手，仿生學是一門綜合科學，需要生物學、生理學、心理學、生物物理學、生物化學、控制論、數學、電子學、通訊、航空、航海、醫學等等許多科學工作者進行合作，去解決各自需要解決的問題。仿生學是一門新生的科學，前途廣闊，不久的將來將在生產、生活各個領域里得到廣泛的應用。目前醫學仿生學研究的重點是“感覺器官的模擬”、“神經元和神經網絡的模擬”。在仿生高分子，我認為比較具有前沿研究的，一個是在醫用材料里面，比如說仿生骨的研究，已經很多進入臨床狀態，四川大學李玉寶教授做的仿生的羥基磷酸鈣人造骨，作為脊椎骨治療腰椎盤突出取得比較好的成績。仿生醫學的研究對解決目前器官供需的嚴重不平衡應該有所幫助。4.結束語

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的真理之中”，道出了自然界是蘊含著無盡設計寶藏的天機。在現今科學 技術飛速發展的時代，學習和利用生物系統的優異結構和奇妙的功能，已經成為技術革新和技術革命的一個新方向。未來仿生“電子眼”、仿生“電子神經系統”的誕生，將是仿生學劃時代的貢獻。所有這些都預示著仿生科技前途似錦，而且仿生科技的探索永無止境。

另一方面，大自然向人類展示著精妙絕倫的生命形態和絢麗多姿的悅人色彩，同時，大自然還無聲地闡釋了自然界的生存哲學——和諧與共生。這種和諧的設計哲學呼吁人類社會與大自然之間的高度和諧統一，共生的設計哲學則呼吁著人與機器、生態自然與人造自然之間合理的建構。因此，設計師要學會師法自然的仿生性設計思維，創造人、自然、機器和諧共生的對話平臺[4]。仿生設計的應用有著巨大的潛力和發展前景，隨著科學的高速發展和人們對自然界認識的不斷提高，將會有更多的仿生發明應用科技領域。參考文獻

[1]于帆，陳嬿.仿生造型設計.華中科技大學出版社，2005.[2]智一君惕.仿生學與現代化.湖南教育出版社，1985.[3]王建成.簡明軍事科技發展史.國防工業出版社，2005.[4]許書民.設計概論.上海科學普及出版社，2005.