动物仿生学作文
人体仿生历史悠久。
自古以来，大自然就是人类各种技术思想、工程原理和重大发明的源泉。经过漫长的进化过程，种类繁多的生物群落能够适应环境的变化，从而生存和发展。劳动创造了人类。人类在长期的生产实践中，以其直立的身体、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，促进了神经系统特别是大脑的发育。所以人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有群体。人类通过劳动，用自己的聪明和灵巧的双手制造工具，从而在自然界获得更大的自由。人类的智慧不仅仅停留在对生物世界的观察和认识上，还利用人类特有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性劳动增加技能。鱼有在水中来去自如的能力，所以人们模仿鱼的形状来造船，用木桨模仿鱼鳍。相传早在大禹时期，中国古代的劳动人民就观察到鱼在水中摆动着尾巴游动和转弯，他们就在船尾放上木桨。通过反复观察、模仿、练习，逐渐改为桨舵，增加了船的动力，掌握了翻船的手段。这样，即使在滚滚的河流中，人们也能让船只自由航行。
鸟儿可以展开翅膀，在空中自由飞翔。据《韩非子》记载，鲁班以竹为鸟，“飞成功后，非三日也”。然而，人们更喜欢模仿鸟类的翅膀，让自己在空中飞翔。早在400多年前，意大利人达芬奇和他的助手就仔细解剖鸟类，研究它们的身体结构，仔细观察它们的飞行。设计并制造了一架扑翼飞机，这是世界上第一架人造飞机。
这些模仿生物结构和功能的发明和尝试，可以认为是人类仿生学的先驱和仿生学的萌芽。
长期以来，生物生活在声音环绕的大自然中。它们利用声音寻找食物，躲避敌人的伤害，交配和繁殖。因此，声音是生物的重要信息。意大利人Spalanzanni很久以前就发现蝙蝠可以在完全黑暗的环境中自由飞行，不仅可以躲避障碍物，还可以捕食飞虫。然而，堵住耳朵后，蝙蝠在黑暗中无法行动。面对这些事实，帕兰萨尼提出了一个令人难以接受的结论:蝙蝠可以用耳朵“看”。第一次世界大战结束后，1920年，哈塔伊认为蝙蝠发出的声音信号频率超出了人耳的听觉范围。还指出，蝙蝠定位目标的方法与朗·万智在第一次世界大战中发明的超声波回波法相同。遗憾的是，哈塔伊的提示并没有引起人们的重视，工程师们也无法相信蝙蝠拥有“回声定位”的技术。直到1983采用电子测量仪，才完全确认蝙蝠是通过发射超声波来定位的。但这对雷达和声纳的早期发明已经没有帮助了。
再比如，人们研究昆虫行为太晚了。在达芬奇研究鸟类飞行并制造出第一架飞机的400年后，人们经过长期的反复实践，终于在1903年发明了飞机，让飞上天空的梦想成为现实。由于不断改进，30年后，人的飞机在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和天赋。然而，在继续研发速度更快、飞得更高的飞行器的同时，设计师们遇到了另一个难题，那就是气体动力学中的颤振现象。飞机飞行时，机翼振动有害。飞行速度越快，机翼的颤动越强，甚至机翼断裂，导致飞机坠落，许多试飞员丧生。飞机设计者在消除有害的颤振现象上花费了大量精力，也花了很长时间才找到解决这个问题的方法。加重装置放置在机翼前缘的远端，从而消除了有害的振动。然而，昆虫早在3亿年前就在空中飞行，它们也无一例外地受到颤振的危害。经过长期的进化，昆虫已经成功地获得了防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现每只翅膀的前缘上方都有一个深色的角蛋白增厚区域——翼眼或翼痣。如果去掉翼眼，飞行就会变得摇摆。实验证明，正是翼眼的角质组织使蜻蜓的飞行翅膀消除了扑动的危险，这类似于设计者的高超发明。如果设计者先从昆虫身上学习翼眼的功能，得到有利于解决颤振的设计思路，就可以避免长时间的探索和人员牺牲。面对蜻蜓翅膀的目光，飞机设计师有一种相见恨晚的感觉！
这三个例子发人深省，给人很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物就已经在自然界生活了亿万年，并在长期的生存斗争进化中获得了适应自然的能力。生物学研究可以表明，在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具有适应内外环境变化的能力。生物学中有许多卓有成效的技能。如体内的生物合成、能量转换、信息接收和传递、对外界的识别、导航、定向计算和合成等。，展现了很多机器无法比拟的优势。生物的小，灵敏，快速，高效，可靠，抗干扰，真的很神奇。
生物学和技术之间的桥梁
自从1782年詹姆斯·瓦特(1736 ~ 1819)发明蒸汽机以来，人们在生产斗争中获得了巨大的动力。工业技术方面，基本解决了能量转换、控制和利用的问题，引发了第一次工业革命，各种机器雨后春笋般出现。工业技术的发展极大地扩展和增强了人们的体质，把人们从繁重的体力劳动中解放出来。随着科技的发展，人们经历了蒸汽机之后的电气时代，走向了自动化时代。
20世纪40年代电子计算机的出现，为人类科技宝库增添了宝贵的财富。它以可靠高效的技能处理了人们手中数万种信息，把人们从汪洋的数字和信息海洋中解放出来。使用计算机和自动化设备可以使人们在面对复杂的生产程序时变得轻松省力。他们精确地调整和控制生产程序，使产品规格准确无误。然而，自动控制装置是按照人们制定的固定程序工作的，这使得它的控制能力有很大的局限性。自动装置缺乏对外界的分析和灵活反应能力。如果出现任何意外情况，自动装置就会停止工作甚至发生事故，这是自动装置本身的严重缺点。要克服这个缺点，无非是机器各部分之间、机器与环境之间的“沟通”，即自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这个问题，在工程技术上需要如何接受和转化。使用和控制信息的问题。因此，信息的使用和控制已经成为工业技术发展的主要矛盾。如何解决这个矛盾？生物界给人类提供了有益的启示。
为了从生物系统中得到启示，人类需要首先研究生物和技术装置之间是否存在* * *相同的特征。1940出现的调节论，是在一般意义上比较生物和机器。到1944，已经有科学家明确了机器与生物的通信、自动控制、统计力学等一系列问题是一致的。在这种认识的基础上，1947，一门新的学科——控制论应运而生。
控制论来源于希腊语，原意是“转向”。根据控制论的创始人之一诺伯·维纳(1894 ~ 1964)的定义，控制论是“动物和机器中控制和通讯的科学”。虽然这个定义过于简单，只是维纳关于控制论经典著作的一个副标题，但它直接联系了人们对生物和机器的认识。
控制论的基本观点认为，动物(尤其是人)和机器(包括各种通讯、控制、计算的自动化装置)之间存在一定的* * *体，即它们的控制系统中存在一定的* * *相同规律。根据控制论的研究，各种控制系统的控制过程包括信息传递、转换和处理。控制系统的正常运行依赖于正常的信息传输过程。所谓控制系统，是指被控对象和各种控制元件、元器件、电路有机地结合成一个具有一定控制功能的整体。从信息的角度来看，控制系统是一个信息通道的网络或系统。生物体内的机器和控制系统有很多相似之处，因此人们对生物自动化系统产生了极大的兴趣，利用物理、数学甚至技术模型对生物系统进行进一步的研究。因此，控制理论成为连接生物学和工程技术的理论基础。成为生物系统和技术系统之间的桥梁。
生物和机器有明显的相似性，这可以表现在对生物的不同层次的研究上。从简单的单细胞到复杂的器官系统(如神经系统)，都有各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看作是具有特殊能力的机器，它与其他机器的不同之处在于，它也具有适应外界环境和自我繁殖的能力。你也可以把一个有机体比作一个自动化工厂，它的所有功能都遵循力学规律；它的各种结构协调工作；他们可以对某些信号和刺激做出定量反应，他们可以通过像自动控制一样的特殊反馈联系组织，以自控的方式进行自我调节。比如我们体内恒定的体温、正常的血压、正常的血糖浓度，都是体内复杂的自控系统调节的结果。控制论的出现和发展，架起了生物系统和技术系统之间的桥梁，使许多工程师有意识地从生物系统中寻求新的设计思想和原理。所以有一种趋势，工程师主动学习生物科学知识，以便与生物学家在工程技术领域取得成果。
仿生学的诞生
随着生产的需要和科技的发展，20世纪50年代以来，人们认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，并有意识地把生物界作为各种技术思想、设计原理和发明的源泉。人们利用化学、物理、数学和技术模型对生物系统进行深入研究，推动了生物学的大发展，使生物体内的功能机制研究取得了快速进展。此时，模拟出来的生物不再是令人着迷的幻想，而是可以做到的事实。生物学家和工程师积极合作，开始利用从生物学中获得的知识来改进旧的或创造新的工程设备。生物开始步入各行各业技术创新和革命的行列，首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得成功。因此，生物学和工程技术学科相互结合、相互渗透，诞生了一门新的科学——仿生学。
仿生学作为一门独立学科，于1960年9月正式诞生。第一届仿生学大会由美国空军航空管理局在俄亥俄州代顿空军基地举行。会议讨论的中心议题是“从生物系统分析中获得的概念能否应用于人工信息处理系统的设计？”斯蒂尔为这门新兴科学命名为“仿生学”，希腊语意思代表研究生命系统功能的科学。1963，中国将“仿生学”翻译为“仿生学”。斯蒂尔将仿生学定义为“模仿生物原理构建技术系统，或使人工技术系统具有或类似生物特征的科学”。简而言之，仿生学是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是一门研究生物系统各种优良特性的综合性科学，如结构、特性、功能、能量转换、信息控制等。，并将其应用于技术系统，改进现有的技术工程设备，并创建新的技术系统，如工艺流程、建筑配置和自动化设备。从生物学角度看，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；仿生学从工程技术的角度出发，以对生物系统的研究为基础，为设计和建造新的技术装备提供了新的原理、新的方法和新途径。仿生学的光荣使命是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近生物系统的技术体系，造福人类。
仿生学的研究方法和内容
仿生学是生物学、数学和工程技术相结合的一门新兴边缘科学。首届仿生学大会为仿生学设置了一个有趣而生动的符号:一个巨大的整体符号，将手术刀和电烙铁“集成”在一起。这个符号的含义不仅表明了仿生学的组成，也概括了仿生学的研究途径。
仿生学的任务是研究生物系统的优良能力和原理，将其模型化，然后应用这些原理设计制造新的技术设备。
仿生学的主要研究方法是提出模型并进行模拟。研究程序大致分为以下三个阶段:
首先是生物原型的研究。根据生产实践提出的具体课题，对研究得到的生物学数据进行简化，吸收有利于技术要求的内容，排除与生产技术要求无关的因素，得到生物学模型；第二阶段是对生物模型提供的数据进行数学分析，抽象出其内在联系，用数学语言将生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后，数学模型做出可以在工程技术上测试的物理模型。当然，在生物仿真的过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是仿生上有创新。经过反复练习-理解-实践，模拟出来的东西越来越能满足生产的需要。这种模拟的结果是，最终的机械设备将与生物原型不同，在某些方面将超过生物原型的能力。比如现在的飞机在很多方面超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中比人类的计算能力更快更可靠。
仿生学的基本研究方法使其在生物学研究中表现出一个突出的特点，即整体性。从仿生学整体来看，它把生物看作是一个能够联系和控制内外环境的复杂系统。它的任务是研究复杂系统中各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态。生物的基本特征是自我更新和自我复制，与外界密不可分。生物只有从环境中获得物质和能量，才能生长繁殖；生物只有从环境中接受信息，并不断调整和综合，才能适应和进化。长期的进化使生物达到了结构与功能的统一，部分与整体的协调统一。仿生学要研究物体与外界刺激(输入信息)之间的数量关系，即着眼于数量关系的统一，才能进行模拟。为了达到这个目的，任何局部的方法都不能达到满意的效果。因此，仿生学的研究方法必须着眼于整体。
仿生学的研究内容极其丰富多彩，因为生物界本身就包含了上千种，有各种优秀的结构和功能供各行业研究。仿生学问世二十年来，仿生学研究发展迅速，成果丰硕。其研究范围可以包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，出现了许多学科分支，在仿生学中也开展了相应的技术仿生研究。比如航海部门对水生动物运动水动力学的研究；航空部门模拟鸟类和昆虫的飞行，定位和导航动物；工程建筑的生物力学模拟:无线电技术部模拟人体神经细胞、感觉宫、神经网络；计算机技术对大脑的模拟与人工智能研究。第一届仿生学大会上提出的典型话题包括:人工神经元的特性是什么，设计生物计算机的问题，用机器识别图像，学习机器。可见电子仿生学的研究是广泛的。仿生学的研究课题大多集中在以下三个生物原型，即动物感觉器官、神经元和神经系统的整体功能。未来还开展了机械仿生和化学仿生的研究。近年来出现了新的分支，如人体仿生学、分子仿生学、宇宙仿生学等。
总之，仿生学的研究内容包括更广泛的内容，从分子仿生到宏观宇宙仿生。当今科学技术正处于一个各种自然科学高度融合、交叉、渗透的新时代。仿生学通过模拟将生命的研究和实践结合起来，同时极大地促进了生物学的发展。在其他学科的渗透和影响下，生物科学的研究方法发生了根本性的变化；内容也从描述、分析的层面向准确、量化的方向深化。生物科学的发展以仿生学为渠道，向各种自然科学和技术科学传递有价值的信息和丰富的营养，加速科学的发展。这样仿生学的研究就显示出了无限的生命力，它的发展和成果将为推动整个世界的科技发展做出巨大贡献。
仿生学的研究范围
仿生学的研究范围主要包括:机械仿生学、分子仿生学、能量仿生学、信息与控制仿生学等。
机械仿生是研究和模仿生物的一般结构和精细结构的静态性质，以及生物体内各种成分的相对运动和生物在环境中运动的动态性质。比如模仿壳体建造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的圆柱，不仅可以消除应力特别集中的区域，而且可以用最少的建筑材料承受最大的荷载。军事上模仿海豚皮的凹槽结构，在船体上应用人造海豚皮包，可以减少航行流量，提高速度；
分子仿生学是研究和模拟生物体内酶的催化作用、生物膜的选择性和渗透性、生物大分子或其类似物的分析和合成。例如，在了解了森林害虫舞毒蛾性信息素的化学结构后，合成了一种类似的有机化合物，可以用百万分之一微克的剂量在野外昆虫诱捕器中诱捕并杀死雄性昆虫；
能量仿生学是研究和模仿生物电器官的生物发光、肌肉将化学能直接转化为机械能等生物体内的能量转化过程；
◇信息与控制仿生学是研究和模拟感觉器官、神经元、神经网络等生物体内的信息处理过程和高级中枢的智能活动。例如，基于象鼻虫视动反应的“自相关测速仪”可以测量飞机的着陆速度。根据鲎复眼侧抑制网络的工作原理，研制成功了一些能够增强图像轮廓、提高对比度的装置，从而有助于模糊物体的检测。建立了100多个神经元模型，并在此基础上构造了新的计算机。
模仿人类的学习过程，制造出一种叫做“感知器”的机器，通过训练和改变组件之间连接的权重来学习，从而实现模式识别。此外，它还研究和模拟生物系统中的控制机制，如稳态、运动控制、动物定位和导航以及人机系统的仿生学。
在一些文献中，分子仿生和能量仿生的部分称为化学仿生，而信息和控制仿生的部分称为神经生物学。
仿生学的范围很广，信息与控制仿生学是一个主要领域。一方面是因为自动化发展到智能控制，另一方面是因为生物科学发展到这样一个阶段，研究大脑成为神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究，大脑学习、记忆和思维过程的研究和模拟，生物体内控制的可靠性和协调性等。-是仿生学研究的主要方面。
控制与信息仿生学和生物控制论密切相关。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都使用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用的人工硬件系统；另一方面，生物控制论从控制论的一般原理和技术科学理论中寻求对生物行为的解释。
类比、模拟和模型方法的最广泛使用是仿生学研究方法的一个突出特点。其目的不是直接复制每一个细节，而是以了解生物系统的工作原理，实现特定功能为中心目的。一般认为仿生学研究有三个相关的方面:生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，数学模型是二者之间必不可少的桥梁。
由于生物系统的复杂性，弄清一个生物系统的机理需要较长的研究周期，需要较长的时间与多门学科密切合作解决实际问题，这是限制仿生学发展速度的主要原因。
仿生学现象
苍蝇和宇宙飞船
讨厌的苍蝇看似与宏大的航天事业无关，但仿生学却将它们紧密联系在一起。
苍蝇是臭名昭著的“臭东西”，它们随处可见，气味难闻。苍蝇的嗅觉特别灵敏，能闻到几千米外的气味。但是苍蝇没有“鼻子”。它是靠什么来充当嗅觉的？原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。
每个“鼻子”只有一个与外界相通的“鼻孔”，里面含有数百个嗅觉神经细胞。如果气味进入鼻孔，这些神经会立即将气味刺激转化为神经电脉冲，并发送到大脑。大脑可以根据不同气味的物质产生的不同神经电脉冲来区分不同气味的物质。因此，苍蝇的触角就像一个灵敏的气体分析仪。
受此启发，仿生学根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，成功模仿出一种非常奇特的小型气体分析仪。这台仪器的探头不是金属，而是一只活苍蝇。将极细的微电极插入苍蝇的嗅觉神经，引导的神经电信号经电子电路放大后送至分析仪；分析仪一发现有气味物质的信号就能发出警报。这个仪器已经安装在飞船的驾驶舱里，用来检测舱内气体的成分。
这种小型气体分析仪还可以测量潜艇和矿井中的有害气体。这一原理也可用于改进计算机的输入装置和气相色谱分析仪的结构原理。
从萤火虫到人工发光
自从人类发明了电灯，生活变得更加方便和丰富。但是电灯只能将一小部分电能转化为可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，电灯的热射线对人的眼睛是有害的。那么，有没有只发光不发热的光源呢？人类又把目光投向了大自然。
在自然界中，许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而这些动物发出的光不会产生热量，所以也叫“冷光”。
在许多发光的动物中，萤火虫是其中之一。萤火虫大约有65，438+0，500种，它们冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也不一样。萤火虫发出冷光，不仅发光效率高，而且一般比较柔和，适合人眼，光的强度也比较高。因此，生物发光是人类的理想光源。
科学家发现萤火虫的发光装置位于腹部。这种光发射器由三部分组成:发光层、透明层和反射层。发光层有数千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光素酶。在荧光素酶的作用下，荧光素在细胞内水的参与下，与氧化结合发出荧光。萤火虫的发光本质上是化学能转化为光能的过程。
早在20世纪40年代，人们就在对萤火虫的研究基础上创造了荧光灯，极大地改变了人类的照明来源。近年来，科学家首先从萤火虫中分离出纯净的荧光素，然后分离出荧光素酶，再通过化学方法人工合成荧光素。由荧光素、荧光素酶、ATP(三磷酸腺苷)和水组成的生物光源，可以在充满爆炸性气体的矿井中用作闪光灯。由于这种灯没有电源，不会产生磁场，所以在生物光源的照射下，可以用来清除磁性地雷。
现在，人们可以通过混合一些化学物质获得类似生物光的冷光，用于安全照明。
电鱼和伏特电池
自然界很多生物都可以发电，光是鱼类就有500多种。人们把这些能放电的鱼称为“电鱼”。
各种电鱼都有不同的放电技巧。电鳐、电鲶和电鳗的放电能力最强。中型鱼雷能产生70伏左右的电压，而非洲鱼雷能产生高达220伏的电压；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压。有一种南美电鳗能产生高达880伏的电压，被称为电击冠军。据说它能杀死像马这样的大动物。
电鱼放电的奥秘在哪里？通过对电鱼的解剖研究，最终发现电鱼体内有一个奇特的发电器官。这些发电机由许多半透明的盘状电池组成，称为电板或电盘。由于电鱼的种类不同，发生器的电板形状、位置、数量也不同。电鳗的发生器呈棱形，位于尾棘两侧的肌肉中；鱼雷的发生器形状像一个扁肾，排列在身体中线两侧，有200万个电板。电鲶的发生器起源于某种腺体，位于皮肤和肌肉之间，大约有500万个电板。单个极板产生的电压很弱，但是因为极板多，产生的电压就很大。
电鱼的非凡技能引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特设计了世界上最早的基于电鱼发电器官的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电机设计的，所以被称为“人造电官”电鱼的研究也给了人们这样的启示:如果能成功模仿电鱼的发电器官，那么就能很好地解决舰船和潜艇的动力问题。
水母迎风的耳朵
"燕子低飞到雨前，蝉儿歌唱，天空在雨中放晴."生物的行为与天气的变化有关。沿岸的渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母分批游向大海，预示着暴风雨即将来临。
水母又称水母，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前就漂浮在海洋中。这种低等动物有预知风暴的本能，每次风暴预警前都会游到海里避难。
原来，在蓝色的海洋中，空气与波浪摩擦产生的次声波(频率为每秒8-13次)永远是风暴预警的前奏。这种次声波人耳是听不到的，但是小水母非常敏感。仿生学发现水母的耳朵腔内有一个细柄，柄上有一个小球，球内有一个小听觉石。当暴风雨前的次声撞击到水母耳朵里的听觉石时，听觉石刺激球壁上的神经感受器，于是水母听到了即将到来的暴风雨的隆隆声。
仿生学模仿水母耳朵的结构和功能，为水母耳朵设计了风暴预测器，准确模拟了水母感受次声的器官。这种仪器安装在船的前甲板上，当它接收到风暴的次声波时，可以使旋转360°的喇叭自动停止旋转，它所指的方向就是风暴的方向。指示器上的读数可以显示风暴的强度。这种预报员可以提前15小时预报风暴，对航行和渔业安全具有重要意义。
你知道是谁首先发明了避孕套吗？你知道宫内节育器最初是受动物启发的吗？.....各种避孕药的发明、发展和兴趣，你将从这部电影中第一次愉快地体验。本片介绍了近几年已经上市和即将上市的七大类近20个品种的最新避孕药，包括进口避孕药、外资企业和国内生产企业。很多避孕药及其使用方法真的是你的“知情选择”导师。本片介绍的避孕药由过去的产品演变而来，也有新创造；其优异的性能特点和适用性，望仔细了解；详细的使用方法，望认真学习，让你们夫妻的性生活质量再上一个新台阶。宫内避孕器、口服避孕药、阴道避孕药、阴道避孕药、避孕套、注射避孕药、皮下埋植剂。