仿生学论文（5篇）

第一篇：仿生学论文

大自然的启示——浅谈军事仿生技术

投资学专业 谭苏航

摘要

自古以来，大自然都是人类的老师，人类向自然学习，模仿自然以适应自然，从而在自然界中谋求生存，人类经历了从初级仿生造物到高级仿生造物的漫长过程，并在近现代形成了一门较为系统的仿生学学科体系。而军事仿生技术是仿生学的一个重要组成部分，由于战争需求的牵引，有无数人致力于武器仿生与战术仿生的研究，此技术应运而生。

本论文综合相关文献资料，对军事仿生技术进行了概述，对其研究内容进行了阐述，同时对军事仿生技术发展的历史进行了简要介绍。本论文着重介绍军事仿生技术在武器装备的制造与战术战略设计上的应用，并列举大量实证进行分析。最后，本论文对军事仿生技术的未来发展趋势作了简要探讨。

关键词：仿生学军事仿生技术 武器仿生 战术战略仿生发展趋势

一、军事仿生技术概述

（一）仿生学概述

1.仿生学的基本概念

仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有„„的性质’的意思）”构成的，它是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的学科。

2.仿生学的历史与发展 在人类文明的早期，人类为了生存就不得不对其周围世界的动植物的生活习性与各种自然现象进行观察，因此，实际上从远古时代起，人们就开始从事仿生学工作了。例如，相传在春秋战国时代，鲁班在上山伐木途中，手指被茅草划破，从而受到启发，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。此类模仿大自然的例子不胜枚举，直到20世纪40年代，调节理论和控制论的建立，逐步推动仿生学的建立，同时在1960年，“仿生学”作为一门独立学科被正式命名。此后，仿生学地位不断提升，研究领域不断扩大，应用性不断增强，具有非常好的学科前景。

（二）军事仿生学概述

1.军事仿生学的基本概念

军事仿生学是仿生学的一项重要内容，是军事科学和技术的一个极具影响力和生命力的研究领域。它是模仿生物系统的原理和特异功能来发展军事高技术，提高武器装备的性能，发展军事战略技术，提高军队后勤保障的能力的一种技术。

2.军事仿生技术的历史和发展

在古代，人们为了满足战争需要，模仿动物的角、嘴、牙、爪制造弓箭、长矛、戈、戟、刀、抓、钩、鞭、锏等十八般兵器，到现代模仿飞禽昆虫发明的飞机，模仿鱼和海兽制造的军舰，模仿飞鱼和响尾蛇制造的导弹，模仿昆虫制造的太空飞船和机器人，提高了武器的威力，丰富了战争的形式和内容。

二、军事仿生技术的应用

（二）军事仿生技术在武器制造上的应用 1.蛛网与装甲

蜘蛛在世界上分布很广，约 4万种，栖息干除南极洲以外的六大洲。剧毒蜘蛛能攻击人类并致人死命；普通蜘蛛以织网闻名。丝线为骨蛋白，在体内呈液体状态，到体外遇空气才硬化成丝。蜘蛛丝具有很强的轴滞性，小昆虫一巳进入蛛网，便只有等着成为蜘蛛的腹中物了。在美国南部的佛罗里达州和许多拉美国家，生活着一种别名叫作“金眼”的蜘蛛，它素以结网粘捕飞鸟而著称。近年来，美国军方经过研究，发现它的蛛丝的抗张强度和弹性俱佳，其强度相当于同等直径的钢丝的 5 倍，是制作防弹衣物极为理想的材料。目前，科学家们已经开始运用仿生学理论研制人工蜘蛛丝，以期求得强力更高且重量更轻的防弹材料。受此启示，英国剑桥一所技术公司试制成一种犹如蜘蛛丝一样的高强度纤维。利用纺织技术把这种纤维加以纺织或者做成复合材料，可以用来作防弹衣、防弹车、坦克装甲车等的结构材料。

2.蝴蝶与卫星温控系统

蝴蝶因其美丽的外表而惹人喜爱，蝴蝶一般色彩鲜艳，身上有好多条纹，色彩较丰富，翅膀和身体有各种花斑，最大的蝴蝶展翅可达28～30厘米左右，最小的只有 0.7 厘米左右，然而，如此小巧美丽的昆虫却藏着大奥秘，蝴蝶身体表面生长着一层细小的鳞片，这些鳞片有调节体温的作用。每当气温上升、阳光直射时，蝴蝶身体表面的鳞片会自动张开，以减少阳光的辐射角度，从而减少对阳光热能的吸收；当外界气温下降时，蝴蝶鳞片会自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而把体温控制在正常范围内，这曾解决了曾困扰研究人员很久的问题，遨游太空的人造卫星，当受到阳光强烈辐射时，卫星温度会高达 2000℃，而在阴影区域，卫星温度会下降至-200℃左右，这很容易损坏卫星上的精密仪器仪表，而蝴蝶则带给人启迪，从而人们为人造卫星设计了一套温控系统。

3.乌贼和鱼雷诱饵

乌贼身体扁平柔软，非常适合在海底生活。乌贼平时做波浪式的缓慢运动，可一遇到险情，就会以每秒15 米（54公里/小时）的速度把强敌抛在身后。有些乌贼移动的最高时速达150 千米。它不但逃走快，捕食更快。乌贼是水中的变色能手，其体内聚集着数百万个红、黄、蓝、黑等色素细胞，可以在一两秒钟内做出反应调整体内色素囊的大小来改变自身的颜色，以便适应环境，逃避敌害。乌贼的体内有一个墨囊，里面有浓黑的墨汁，在遇到敌害时迅速喷出，诱骗攻击者上当，掩护自己逃生，潜艇设计者们仿效其设计成鱼雷诱饵。现在鱼雷诱饵酷似一艘袖珍潜艇，既可按潜艇的航向航行，航速不变；也可模拟噪声．螺旋桨节拍．声信号和多普勒音调变化等。正是它这种惟妙惟肖的表演，令敌潜艇或攻击中的鱼雷真假难辨。

（二）军事仿生技术在战术战略设计中的应用

1.进攻战术

猛虎战术 在自然界中，有强大的动物，也有弱小的动物，强大的动物进攻能力也很强，老虎就是其中一个例子，它身强体壮，牙利爪尖，凶狠无比，在自然界中除了狮子和大象之外，其他动物均不是它的对手。老虎属于夜行性，善于游泳，以凶猛 而闻名于世。我国军队就从其中受到启发，发明了夜战，成为了克敌制胜的传统战法，还模仿老虎扑食的凶猛动作创造了猛冲，猛追，猛打的三猛战术，许多部队通过这种猛虎战术取得了辉煌的成果。我国著名军事学家刘伯承元帅对猛虎扑食的方式十分感兴趣，并据此发明了猛虎掏心的战术，在解放战争中取得了辉煌战果。

狼的战术

狼是一种十分狡猾的动物，拥有善于奔跑的长足，锐利的牙齿和大口，有的人认为狼凶暴残忍，有的人认为狼重视族群，懂得忍耐与放弃。狼通常群居活动，其战术有以下三个特点。第一，突然袭击，出其不意，第二，选择孤立弱小的目标四面攻击，使其顾此失彼，第三，多路追击，平行追击。狼的战术引起了西方资产阶级军事家的重视，第二次世界大战期间，纳粹德国潜艇部队的司令员邓尼茨模仿狼群攻击猎物的方法，创造了狼群战术，既潜艇协同攻击战术，在第二次世界大战初期获得了巨大战果，一度给同盟国的大西洋运输造成了严重损失。

2.防御战术

动物合群抗敌与环形防御

进行群体生活的动物能获得多方面的好处，一方面，它们能依靠群体力量抗击强大敌人的袭击，另一方面，环形防御没有暴露薄弱部位，能抵抗来自四面八方的进攻，人们把这种战术在军事中运用为装甲防护圈，装甲防护圈有以下几个好处：第一，防御快，第二，防御坚固，第三，没有暴露的一侧和前后方之分，第四，应变能力强，可变性大。

迷彩伪装

自然界中的动物在长期淘汰和竞争中，逐渐形成了用颜色保护自己的本能，其身上的颜色多与之生活的环境相适应，比如北极熊，北极熊长年累月在北极的冰天雪地中生存，身上长满了白毛，与冰雪的颜色保持一致，猎豹长期生活在草原和丛林，身上有淡黄色花纹，与地面的颜色相似。

3.仿生战略

战略和战术不同，一般指从总体和全局出发，对战争的全局设计，是一种谋略。在自然界中，有很多动物具有天然的生存策略，比如蜘蛛，蜘蛛是一种食肉性动物，它捕食的生物不仅数量多，种类广，而且手段相当高明，它在狩猎捕食的时候，具有令人惊叹的勇气和极大的耐心，它不怕失败和从不灰心的行为曾经给许多战略家以启发，在美国独立战争期间美国第一任总统华盛顿所率领的军队曾被英国的殖民军大败，他本人也被殖民军赶到了荒野，他开始对战争的胜利感到灰心了，他在无意中看到自然界中的蜘蛛面对各种阻碍，依然没有放弃，从而成功织网。从此，在战争中，当他面临困境时，总会用蜘蛛织网的故事来鼓励自己与自己的军队，最终赢得了美国独立战争的胜利。1794年的深秋，法国资产阶级革命家拿破仑率军攻打荷兰，荷兰人打开各条河流的水闸，用用洪水阻挡法军，当法军正准备要撤退的时候，却接到了大量蜘蛛在吐丝织网的报告，拿破仑当机立断，下令就地待命，原来，蜘蛛吐丝织网预示着干冷天气即将到来，不久，寒潮果然来袭，河水冰冻，法军踏冰前进，攻陷了荷兰的乌得勒支城。华盛顿和拿破仑均从蜘蛛身上受到启发，受到鼓舞，制定了正确的军事战略，这便是仿生战略中的一个典例。

三、军事仿生技术的发展趋势

（一）由表及里

军事仿生技术由外形、动作模仿向微纳结构仿生的发展几乎都以自然新原理、新方法、新规律、新现象的揭示与发现为基础，由“由表及里”生物结构表征技术水平所决定。生物结构表征技术是仿生技术发展的源动力，亟需发展“由表及里”生物结构表征新方法、新原理、新装备，为揭示自然神奇奥秘提供技术手段。

（二）由简到繁

人们不断学习、借鉴自然界生物运动机理及其特性，使得仿生技术的思想由简单的外形单一仿生逐渐向复杂整体和系统仿生发展，从而导致了许多新概念武器装备的出现。大量事实表明，仿生技术应用于军事及其他领域无不经历设计“由简到繁”、最终导致新概念武器装备出现的过程。

（三）由宏到微

生物材料、生物结构的多尺度微纳结构特征是导致其优异功能的主要因素，往往会产生出军事领域所需要的新效应、新效能，如蝴蝶翅膀鳞粉光子效应可用于隐身；荷叶疏水的多级微纳结构可用于减阻自洁。为获得与生物材料、生物结构一样的新效应、新效能，发展仿生材料制造技术，满足多尺度复杂微纳结构成形制造要求，就成为仿生材料发展的核心关键。因此，必须大力发展仿生材料制造技术，突破“由宏到微”仿生材料制造技术瓶颈，实现一系列军事所需新效能，为武器装备发展带来变革性的突破。

参考文献

［1］刘福林.仿生学发展过程的分析［J］ 安徽农业科学 2007 35（15）4404-4405 ［2］朱天阳 周俊良 姚敏.浅谈仿生学在军事发展中的应用［J］ 学术论坛 2015 133 ［3］张德远，陈华伟，张 鑫，梁建宏.军用仿生技术发展趋势［J］ 国防科技 2013 Vol．34，No．6 1-5 ［4］李娜.自然睿智的启示——当代仿生形态设计方法研究［D］中国美术学院 2013 1-53 ［5］马文庆.动物与军事仿生学［J］ 科学之友 2007 22-23

第二篇：仿生学论文：浅谈昆虫与仿生学

结课论文

作者： 学号： 学院： 专业： TEL： EMAIL: 指导老师： 题目：浅谈昆虫与仿生学

浅谈昆虫与仿生学

xxx（华南农业大学经济管理学院xxx，2xxxxx）

摘 要：在生物界中昆虫经历了长期的进化过程，发展出了许多与其所处生存环境相适应的器官系统，它们结构独特、功能奇异，因此，昆虫一直是仿生中最重要的对象之一。本文就昆虫仿生的仅展及热点，如：昆虫的形态仿生、结构仿生、感觉器官仿生、运动功能的仿生及其他特异能力的仿生进行介绍。

关键词：昆虫，仿生，功能

仿生学(bionics)是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。无论是在初期抑或是现在，仿生学主要以昆虫为对象的仿生研究一直是国内外的研究热点。目前,有关昆虫仿生研究的主要方向有：昆虫的形态仿生、结构和功能的仿生、感觉器官的仿生、运动功能的仿生及其他特异能力的仿生等。[1]

一、昆虫形态的仿生

昆虫形态千差万别。形态仿生是早期仿生的主要内容，主要应用于军事和航空航天领域，例如：模仿蝴蝶色彩和花纹的军事伪装设施；模仿蜻蜒翅膀上的翅痣在飞机的两翼加上平衡重锤，解决飞机因高速飞行而引起振动的棘手问题；模仿蝴蝶翅面上的鳞片随阳光照射方向自动变换角度而调节体温的原理，成功实现对人造卫星由于位置不断变化而引起温度骤然变化的控制。另外，一些昆虫巢穴的形态结构也是仿生研究的内容。在一些大型建筑中，经常模仿蜜蜂巢穴的六角形的架构设计，使建筑物具有高强度力学支撑结构，既坚固、美观，又节省建材。

二、昆虫结构与功能的仿生

由于生存环境的关系，一些昆虫在进化过程中形成了非常独特的体表微细结构，这些结构为仿生学家所关注。例如：大凤蝶的翅膀颜色是黄、蓝色，但看起来却是闪闪发光的绿色。原因乃是布满在翅膀上的微型小坑对光线的反射，人眼无法将从坑底反射的黄色光与周围两次反射的兰色光区分开来，从而感觉到的是绿色。研究如何模仿蝴蝶翅膀表面细微结构开发新型防伪技术(如防伪纸币或信用卡)已成为该领域重要的课题。

另外，人们注意到一些甲虫的体表很少黏附土壤(尽管它们常年生活在土壤和粪堆中)。坦克的履带和汽车的轮胎以及其他地面作业机械容易黏附泥土，既降低功效又缩短使用寿命。通过研究土壤昆虫(如蜣螂)的体表微观构造，发现体表的非光滑结构、体液和负性电位有利于减黏脱附，利用这些特性，进行仿生研究，解决地面机械的土壤黏附问题,开发出对土壤的黏附大为减少的仿生犁和仿生推土机铲等。[2]

三、昆虫感觉器官的仿生

在嗅觉方面，很多昆虫具有高度灵敏的嗅觉。昆虫触角上分布有不同类型的嗅觉感受器，感受器的类型不同决定了昆虫对不同化学物质的分辨率。不同的昆虫嗅觉灵敏度有差异,触角的结构以及相应的传导网络是其重要的决定因素。除了高灵敏度以外，昆虫的嗅觉感受器还具有高分辨率和高度特异性的特点。目前，各国都在加紧研制实用的仿昆虫触角的嗅觉感受器检测装置。有的直接将昆虫触角与场效应管相连组成气味物质检测系统；有的则仿昆虫嗅觉感受器排列组合研制复传感器(传感器阵列)。德国和法国科学家研究嗅觉感受器并将其用于机器人的嗅觉导航系统。美国加州大学圣地亚哥分校的的研究人员则通过研究蝗虫触角叶接收气味信号的特点，提出一种新的网络模型，其核心是神经元网络之间可以相互连接形成一个系统而使他们能识别比传统网络更多的信号。

就听觉系统而言，声源定位能力是最显著的属性之一，对有些昆虫来说，这种能力是生死攸关的。例如，昆虫(蛾类)“反捕猎”行为，可以聪明地闪避蝙蝠的追捕；神经解剖学研究表明，昆虫(蛾类)鼓膜耳仅有2个听觉感受器细胞，但能非常灵敏地侦听出蝙蝠的超声信号。因此，模仿昆虫听觉结构，研究其对声发射、接收、听信息加工及运动调控的感觉神经生物学与神经行为学原理，可望开发先进的“反声纳”装置。[3]

在视觉方面，尽管昆虫复眼结构简单，但其功能却是人和哺乳动物的单眼所不及。例如：螳螂能在0105s内一跃而起，吞下飞行中的小虫。在如此短的时间内，它需要准确测出小虫大小、飞行方向和速度，而螳螂仅靠其1对大复眼和颈部的一个本体感受器即可实现。此外,昆虫复眼还能感知偏振光、紫外光等。根据这些现象和原理，已经进行了很多成功的仿生应用，如：一次可拍摄1329张照片的蝇眼照相机；仿昆虫复眼的先进的相控阵雷达；仿昆虫复眼研制成功的空对地速度计以及偏振光导航仪。实际上，昆虫的复眼本身是一个精巧的导航控制系统，根据多年的研究发现，昆虫(特别是家蝇)具有快速、准确地处理视觉信息的能力，能实时计算出前面飞行物的方位与速度，同时发出指令控制并校正自己的飞行方向和速度，以便跟踪和拦截目标。对昆虫复眼这一定向导航系统的研究已得到广泛重视。目前，各国都在加紧昆虫视觉仿生研究，试图模仿昆虫复眼成像机理以及昆虫视觉信息处理过程，研制新型靶标自动制导系统。

在昆虫感觉器官仿生(尤其是视觉仿生)方面，国内外都给予了高度关注，目前有2个热点：一是试图研制出对化学物质高度敏感的探测仪器；二是研究昆虫复眼电子模型以及听觉和嗅觉感受器电子模型，并将昆虫的这类特异的感觉原理用于机器人导航系统，以提高机器人的自主功能水平。

四、昆虫运动功能的仿生

昆虫的运动功能奇特，形式多样，有的蠕动、有的跳动、有的飞行。昆虫独特的飞行机制一直为仿生学家所关注，如：昆虫的翅与飞行、昆虫飞行过程中的信号接收与传递、昆虫的神经组织结构及控制机理等。

上世纪末,人们提出了微型飞行器(microairvehicle,MAV)概念[4]。“微型机械飞行虫”(micromechanicalflyingInsect,MFI)或“虫型飞机”(entomopter)就是MAV的一种。由于其体积小,有很好的隐蔽性和机动性，最适于在室内或野外小范围内进行侦察;也可以攻击载人飞行器及其它目标。将MFI用于气象数据收集、环境研究等方面，可大大减少费用。美国NASA甚至计划10年后将虫型飞机用于火星探测。MFI的发展，在未来国家安全和国家经济建设等方面将起至关重要的作用，正在世界范围内引起极大的关注。美国国防部国防高级研究计划署(DARPA)从1992年就开始这种飞行器的论证工作，1995年组建了可行性研究小组，1997年拨款3500万美元制订一个为期4年的研制计划，开展了一系列的研究，近年来取得重要进展。然而，对于MFI或“虫型飞机”的研究，若采用传统的气动布局和飞行方式，可能会产生升力不足、稳定性差和控制困难等一系列问题。而微小昆虫则是大自然创造的“微型飞行器”，经过上亿年的进化和环境适应，在形态、运动方式以及利用“新型”空气动力学原理等方面,达到了近乎完美的程度。这是各国发展MFI技术加以仿生借鉴的核心。实际上,昆虫飞行功能研究(尤其是MFI研究)已经成为昆虫仿生领域最热烈的前沿方向之一。[5]

除了虫型飞机外，昆虫运动功能仿生的另一个方向是制造虫型机器人，模仿昆虫在陆地行走的腿足部结构和运动原理，研制具有昆虫足样行走能力的机器人或虫样蠕动的微型机车。这类机器人可被用于行进到崎岖不平的山路或其它非平坦地带(如：地震后墙壁倒塌的废墟中)执行特殊的任务。

五、昆虫其他特异能力的仿生

昆虫的独特自卫武器的仿生：有些甲虫在遇到敌害自卫时可喷出致命液体。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。另外，一些发达国家正在利用这种甲虫自卫武器原理研制二元化汽油：2个油箱分储不能独立燃烧的汽油中间体，进入发动机前才混合。或将普通汽油混入某种流体，进入发动机前再用特殊装置将其分离还原成普通汽油。

昆虫发光的仿生：一些昆虫(如：萤火虫)可将化学能直接转变成光能,，且转化效率几乎100%，而普通电灯的发光效率只有6%。模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源使发光效率提高十几倍，大大节约了能量。此外，冷光源无论在军事上还是民用上都具有非常广阔的用途。仿昆虫化学能转换为电能和机械能也是昆虫特异能力仿生的一个重要方向，这在虫型飞机的能量供应上有非常重要的用途。

昆虫群体协作性的仿生：一些社会性昆虫，如：蚂蚁、蜜蜂等具有其特有的社会群体协作性，研究它们的这些群体习性，有的提出所谓“蚂蚁算法”,有的将其原理用于研究MAV和多个机器人之间的协同工作。

综上所述，昆虫种群庞大、种类多样、外形迥异、功能奇特，是极其重要的仿生资源。目前，国际上昆虫仿生的热点主要集中在仿昆虫飞行器研制虫型机器人或虫型飞机、仿昆虫触角感受器开发生物传感器、仿昆虫视觉及其控制机理进行机器人导航、仿昆虫表面微结构研制新型脱黏附和防伪技术、仿昆虫感觉系统研制声纳Π反声纳装置等。我国在这些方面虽然都有所涉及，但尚不够深入，整体水平也有待提高。今后需要大力开展昆虫仿生资源研究，面对数以百万计的昆虫种类及其复杂精妙的结构，昆虫仿生必然有所选择，常见的昆虫易被作为仿生对象，但不太常见功能更为奇特的昆虫(如：在极端环境下生活的昆虫)更是值得开发的资源。与此同时,要进一步开拓仿生研究的新领域，尤其要注重昆虫特异能力(如：特异的感觉能力、信息处理能力)的仿生。只有通过多学科的交叉，结合现代生物学、工程学、微电子学等学科的研究技术和方法，加强对昆虫器官组织和细胞的生物学特性、功能及其机理的基础研究，深入理解昆虫各器官系统的生理学、生物化学、生物信息学等生物过程及其相关功能，才能在比较高的层次上更加有效地进行昆虫仿生。

参考文献：

[1]仿生学-百度百科http://baike.baidu.com/view/803.htm [2]程红,孙久荣,李建桥,任露泉.昆虫学报,2002,45(2):175～181 [3]肖占中.世界军事,1996,(11):64.[4]微型飞行器:像昆虫那样飞,辽宁日报,刘洪宇,2011-01-14 [5]微型飞行器-百度百科 http://baike.baidu.com/view/263652.htm

第三篇：仿生学研究报告上传

《自然界材料构筑科学与创新思维》研究报告

指导教师: 学号：

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目录

一、仿生学概念

二、自己对仿生学的理解

三、仿生学的应用 1.利用动物体的特性（1）利用鱼鸟的特点为火车入隧道过程降噪（2）利用鲨鱼皮表面的特点进行抗菌

（3）利用珊瑚体秘方减少二氧化碳的排放（4）学习小生物如何从雾气中获取水分 2.利用植物体的特性（1）利用树沿压力线重组的特性构造轻量化材料

（2）利用叶子的光合作用制造太阳能电池（3）利用荷叶表面的特性制造防雨工具（4）王莲能够托起超重物体 3.利用细胞特性

（1）利用细胞膜的特性制造去盐薄膜

四、小结

一、仿生学的概念

仿生学是指人类模仿生物功能，来发明创造的科学。它是一门新型边缘学科。研究对象是生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于人造工程技术之中。该学科的问世，大大开阔了人类的技术眼界，显示了巨大的发展潜力，是人类智慧的结晶。

二、自己对仿生学的理解

仿生学就是通过理解动物的自身特性，以及它们利用这些特性所做出的利于自己生存的本领，再经过人类能动性的思考，抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用联系的思想加以应用于人类的生活和生产，为人类创造便捷和更有突破的生活方式。我们的生活、生产中不缺乏一些例子。例如，我们平时最讨厌的在空中到处乱飞的苍蝇，利用苍蝇的鼻子嗅觉原理可以制作小型的气体探测仪，利用苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）进行模仿，将它制成了“振动陀螺仪”，应用到了火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶；利用蝙蝠发出的超声波可以与障碍物反弹的原理制成了制造出了雷达，应用到了飞机航空中。萤火虫腹部的发光器中的荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光，正是利用这样的原理，创造了日光灯......像这样仿生学的例子数不胜数。接下来，让我们具体看一看仿生学的应用。

三、仿生学的应用

1.利用动物体的特性

（1）利用鱼鸟的特点为火车入隧道的过程降噪

有一名工程师J.R.韦斯特是研究子弹列车项目的一个成员，由于子弹列车的车头是圆的，所以每次经过山洞的时候，就会产生一种冲击波，以至于驶出山洞的时候会发出音爆巨响。所以这个工程的工程师领队就号召大家想办法降低子弹列车驶出山洞时的音量。其中J.R.韦斯特也是一名鸟类爱好者，在研究学习中，他观看了一个翠鸟的视频，发现这种鸟在一种介质进入另一种不同密度的介质（从空气进入水），没有溅起一丝的水花。于是工程师们从翠鸟的喙上找到了灵感，流线型的长喙从尖端到头部的直径是逐渐增大的，潜水时会让水流向身后。通过将子弹头列车的车头部分改造成翠鸟鸟喙的形状，工程组解决了这个疑难已久的问题：大大降低了音噪，速度也随之提高了10%,节省了15%的电力。（2）利用鲨鱼皮表面的特点进行抗菌

鲨鱼在茫茫大海中游走，面对着海底形形色色的生物却不被它们所沾染，是如何做到的呢？是因为它们表面的皮肤结构。它们的表面附着着一层锯齿状物。这层锯齿状物是凹凸不平的小鳞甲，它可以避免一些黏液、水藻和藤壶在身体上附着，让它们失去了了立足之地，也就是让细菌无法附着在鲨鱼的表面上。医院的墙壁正是采用了这种技术，把这种锯齿结构铺在了墙壁上，有效避免了细菌的附着和滋生。这种方法大大优于了利用抗菌或其他的洗液去除细菌的方式，因为许多细菌在与这种洗液抗争的过程中，早已自然选择出了那些抗药性的

个体。所以这个“墙壁锯齿化”的方法确实从根源上解决了这一大难题。

（3）利用珊瑚体的秘方减少二氧化碳的排放

现如今的生产生活已经比拼的不仅仅是生产效率的高低，更加考验的是如何绿色低碳的生产。有间美国的水泥制造厂名叫Clara，他们利用了珊瑚体的一些自身特性——能够大量吸收二氧化碳，变废为宝。工厂利用这点将大量的二氧化碳其转换成水泥、混凝土等有用的建筑材料，这样就把平时生产模式中的方程式进行了调换，原本生产 一吨的建筑材料会排放一顿的二氧化碳，现在则减少了将近一半的排放量，大大减轻了对环境的污染程度。（4）学习小生物如何从雾气中获取水分

生活在纳米比亚沙漠的一种小生物，由于在沙漠中能够在摄取水分而一直存活，没有消亡。虽然他们没有新鲜水分可以饮用，但是他们依靠从雾气中获取水分的方法，维持着生命。在它翅膀的后侧有部分凸起，这个突起具有亲水的前端和蜡质的旁侧，使其具有亲水特性，这样雾气会回凝在尖端，然后从旁侧流下直到进入嘴中。一些建筑就利用到了它的特性。建筑师把这项科技应用到了建筑涂料中，这样可以将雾气回收利用，比捉雾网的作用好上10倍！

2.利用植物体的特性

（1）利用树沿压力线重组的特性构造轻量化材料

树木通常沿着压力线自我重组，利用这种结构可以构造轻量骨

架，即利用树木的那种拉伸应力，制造齿轮，让齿轮能够在一定的自身承受范围内；利用树脂材料，我们还可以构建汽车的骨架，这样可以使用最少的材料构建它，同时树脂材料也可以协助促使桥梁轻量化，建筑钢筋轻量化，从而获取最大限量的支撑力。（2）利用叶子的光合作用的方式制造太阳能电池

基于叶子的运作方式，叶子通过光合作用对太阳进行吸收，太阳能电池正是基于这种将太阳能转换的方式，转换成了电能，利用了这一思想，将叶片的表面转换成电池的表面，太阳能电池的表面拥有吸收阳光的物质，这一物质仿造了叶片表面，从而合理吸收了太阳能。（3）利用荷叶表面的特性制造防雨工具

荷叶“出淤泥而不染”，露珠在上面也呆不住。荷叶为什么能不沾泥土和水？中科院专家分析了荷叶的表面细微结构，发现其表面有许多乳状突起，这些肉眼看不见的小颗粒，正是“荷花自洁效应”的成因，可以让荷叶不沾染脏东西。于是，专家们模仿了荷叶的表面结构，研制出人工仿生荷叶。仿生荷叶实际上是一种人造高分子薄膜，该薄膜具有不沾水和不沾油的性质。同时，仿生荷叶还具有类似荷叶的“自我修复”功能，仿生表面最外层在被破坏的状况下仍然保持了不沾水和自清洁的功能。这项研究可用于开发新一代的仿生表面材料和涂料。新型的“仿生荷叶薄膜”可以用于制造防水底片等防水产品。仿生荷叶涂料刷墙将不沾灰尘；同样，我们也可以应用到雨衣或者厨具上，这样就可以防水防油了。（4）王莲能够托起超重物体

王莲的叶子很大，直径有2米多，四周向上反卷，像一个大平底锅。莲叶向阳的一面淡绿色，非常光滑；背阴的一面土红色，密布粗壮的叶脉和很长的刺毛。虽然只是一片巨大的叶子，但它的支撑和承重能力却极不一般。在一片王莲叶上，站一名35公斤的少年，它仍能像小船一样稳稳地浮在水面上；即使是在叶面上均匀地平铺一层75厘米厚的细沙，这个“大平底锅”依然纹丝不动，决不会沉入水中。人们通过仔细研究发现，这异常强大的力量来自纵横交错、粗细不等的叶脉。莲叶背面有许许多多粗大的呈放射状的叶脉，之间还有镰刀形的横筋紧密联结，构成了一种非常稳定的网状骨架。莲叶较强的承重能力由此而来。

3.利用细胞特性

（1）利用细胞膜的特性制造去盐薄膜

大自然中有很多的净水需要我们去除盐，然而现在很多的除盐方法不是太低效，太复杂，就是成本高。刚开始我们的方法是用水挤压细胞膜，细胞膜堵塞，而且发现这样的方法太费电。而大自然的方法则是优雅的，它仅仅利用的是细胞膜的通透性，由于细胞膜表面会有沙漏形的小孔，叫做水孔蛋白。它们能让水分子通过，而留住离子等溶解质。有些公司就开始模仿这种结构制造去盐薄膜，这样能够高效地利用这种结构，彻底分离开水与盐的离子溶解质。

四、小结

仿生学是一门新学科，这门学科尝试向自然界中的一些“天才”学习和借鉴经验，通过听取他们的一些“建议”，整理他们的建议，形成自己对待事物的新的解决方法。这些动物植物甚至是微生物，他们都有着自己的生存规律，适应着复杂多变的生存环境。就好比一个蜂族，它们利用自己的“智慧”，创造出如此精致富有层次感的蜂巢，让人们相信了动物其实是有它们的天分的，我们不仅仅是那个最有创造性的群体，很多的突破我们都要依靠低级的动物去给予我们灵感实现。在这样的事实面前我们不得不承认在这些低等的动植物面前，我们确实不能像它们一样，利用自己的特点优雅的生存着；更不得不感慨仿生学这项事业的伟大，它能为我们带来的是前所未有的突破，也可能是巨大的精神财富，让我们长久安定的存活在这个蓝色的星球上。相信在这个新世纪，人类会更好地利用生物本身的特点，完善人类的生产生活，使我们这个星球大大小小的各领域都能够飞速运转起来！

第四篇：基于仿生学的产品设计应用研究论文

一、仿生学与仿生设计

仿生学是模仿生物特殊本领的一门科学，仿生学一词来自于希腊语“Bio”，代表“生命”，同时词尾“nic”代表“具有……的性质”。同时笔者认为“仿生学学科领域是研究以具有生物系统特征的方式、以类似于生物系统方式或者是以模仿生物系统的系统性科学”。仿生学是一门现代才兴起的跨领域科学，他最早出现在20世纪60年代。但是在后面的极长的时间里，人类产生了大量出色的仿生设计。本文将选取一些汽车设计与灯具设计的实际案例进行分析，它们都反映了产品设计世界中富多彩的仿生设计产品。

同时仿生学界也有一种观点“自然系统已经产生大量的具有创意和实用性的解决方案，而且可以给人类带来灵感，帮助人类在气候控制、食品科学领域进行大量的社会性创新”。然而，回望过去的设计历史，从新艺术运动到流线型运动，设计领域虽然有大量的模仿自然世界的系统论和产品，但是仍然紧紧是在模仿自然世界对象的表面意象，对人类世界的产品和艺术形态进行美化和雕琢。作为现代工业设计的代表性行业之一，汽车设计和灯具设计行业始终徘徊在炫目的形态游戏与表象的仿生学边缘。

二、仿生学在产品设计中的应用实例和分析

（一）仿生学在汽车设计中的应用

在汽车设计中，仿生学是一种有历史意义的设计方法之一，它的应用角度一直在企业界和学术界产生极大的讨论和关注。汽车设计在刚刚出现的时候，以对汽车车身进行差异化的装饰和包装，追求商业上的眼前利益。然而随着汽车产生的进一步发展，汽车给人类所在的生存环境带来很多消极的因素：能源危机、大气污染、城市堵塞等。这些负面现象使得设计界对汽车仿生造型设计的设计方法论进行研究和讨论。

目前汽车设计依然在模仿自然界生命的意象形态。在修辞学方面，人造产品是由特征、原理、情绪三种系统性科学论据组成的，在对象外部形态体现了汽车产品的表面特征。作为“自然界的翻译者”的著名产品设计师路易吉·科拉尼，参考自身对于自然世界的独到见解，运用曲线模拟自然界生命意象，设计出历史性的生物意象形态，进一步将它用到汽车设计中。

在设计界，甲壳虫汽车在模拟自然系统生命对象的设计论中当属最典型的案例。著名设计研究者帕帕奈克在情感化设计与仿生学理论的基础上对甲壳虫汽车的造型设计进行了评论。他论述说：较小的生命形态特征让人觉得需要呗保护和温暖，并且将这种造型特征在汽车设计中应用，可以让大家获得对这辆车的情感化认知。甲壳虫的造型设计为汽车带来了独特的特征和味道，而且让设计说话，带给大家充实而生动的情感体验。

仿生设计不仅在产品造型的角度发挥巨大价值，同时也关联产品和服务构成强大的生态系统，能将全方位可持续的体验带给消费者。奔驰公司在进行可持续未来汽车产品设计的时候，运用仿生设计的系统论保证了汽车在能耗、安全性、低阻力等方面的优势，并且在汽车从设计、生产、驾驶、维护、废物销毁、再循环使用的全生命周期都进行仿生设计研究，力图打造汽车生态系统。该公司的所有设计师都从自然界生物的流体力学研究出发，不断从植物和动物身上获取灵感，最后发觉出提升汽车整体架构强度、降低成本消耗、极大降低能耗和风阻的系统性设计方法，而且使用计算机设计软件对整体形态造型进行计算，这样就保证汽车在进行测试阶段非常安全，同时汽车也获得了极大的轻量化设计。最近几年，奔驰汽车不断将自身的跨学科研究结晶向更高的领域推进，他们研发的BIOME汽车现在可以从自然系统设计中脱离出来，研发人员在经过深入研究后，使用最先进的能源技术将汽车减轻到不可思议的地步，而且在成为废品后可以自动降解，形成极大的再循环，而且汽车还是用太阳能这一无限循环资源对传统能源进行替代，在环境友好方面又迈进了一大步。

（二）仿生学在灯具设计中的应用

在灯具设计中，仿生学也可以产生巨大的作用，在结构仿生设计角度看，我们可以发现力学机构可以模拟自然生物的身体全部分，包括植物的叶子、茎部、根与动物的骨骼等部分。

设计师JohnWischhusen通过仿照人的骨骼设计的一个灯具，至今让人回味无穷，感慨设计师强大的洞察力和勇气，让世人感受仿生设计带给大家生活的独特魅力和审美品位。

还有的灯具设计借鉴蜂巢的六角形排布结构设计，利用其稳定、节省原料、高强度等特点。而且设计师使用蜂巢结构设计为产品带来很多优点，诸如隔音隔热、重量轻等等，在各大交通器设计领域都经常运用。

在仿生形态趣味性方面，本身仿生的形态来自自然界，具有一定的趣味性，将他们运用到产品设计中，带给大家可爱、温暖、自然的全方位感觉。比如著名的蜜蜂台灯设计，他的反光板运营蜜蜂翅膀的形态，灯泡运用蜜蜂头部的形态，支撑结构的造型来源于蜜蜂的脚形态，整个台灯的设计完全模拟了一只休息的蜜蜂，非常传神和有趣。

三、仿生设计的未来展望

仿生设计强调跨领域、独创性、边缘化，不管仿生设计的理论、内容、方法的发展，这些特征都是表现的很明显。

（一）技术与艺术的齐头并进

仿生设计用句古话说就是为了活着而设计，它是一种人类将科技和艺术结合产生的造物方式。虽然这种生存理念被束缚在生命繁衍和延续的理性层面，但是这种生活方式却是人类现代文明的基础。

近现代仿生设计在世界经济、文化、生产的大背景下，依靠现代先进的技术和设计，在社会完成现代化的同时，依靠自身的思想的绽放和启蒙，会产生出大量的造物和思想意识的变革。里面混杂了科技是一切的实用意识形态，也有人本思想的人性化意识形态，而且他们总是各自在自身的领域发展着，不相互合作、欣赏，让技术和艺术产生了巨大的分离，整个进程缺乏前进的动力和欲望，降低了前进的脚步，最后仅仅是为商业服务做出自己的微弱贡献。

将来的仿生设计肯定会将技术与艺术齐头并进发展，会更多的追求先进技术、情感化的全方位发展，在实用价值、情感价值等多角度发挥巨大的作用，让设计们更多的探求这种技术与艺术结合的可行性方案。

（二）实践应用和科学研究并行系统化发展

仿生设计的科学研究与实践应用，不仅要依靠同仿生学相关的电子、信息、物理、化学等科学的系统性科学理论支持，而且也要获得感性工学、科学艺术甚至到达哲学层面的学科支持。例如“基于蚁群算法的产品服务系统规划分析”、“基于进化算法的仿生造型基因进化”、“进化算法在产品创新设计的应用”、“簇群空间和新陈代谢仿生设计”等课题都是现代仿生设计中关于仿生过程算法、仿生结构算法（神经网络）、仿生行为算法（群体智能）等仿生智能计算方法的应用研究。

未来的科学研究与理论实践定会形成从理念、到数据、再到方法论、最后到目标等方面的有机仿生系统，这个系统由大量的元素有机组成，而系统本身也属于一个大的宏观思维下的系统。以后的仿生设计不会仅仅是关注几个单体设计元素和理念，更加注重与系统性的整合。该系统通过进行基础性科学研究，注重仿生设计元素和相关元素的系统性研究，必将仿生设计理论推动到更高的战略发展层面。

（三）以持续发展和社会和谐为目标

仿生设计通常以研究自然生态为对象和目标，强调对自然世界整体趋势和变化的把握，注重对自然生物与其关系的研究，从物质到非物质、复杂到简单、高端到低端等不同层次的系统研究，同时也包含着在跨学科基础上的多样性多层次研究，这样的目标是建立一个人和自然共同工作的系统。但是人和自然的工作方式不是独立和封闭的，而是沟通顺畅、融合的、交叉的、开放的系统，这样才能谋求在未来获得持续发展和社会整体和谐。人类在接近自然系统的同时，给大自然提供一定的保护。未来的仿生设计必将是从以人为本的设计转化为以自然为本的设计理念，进行可持续发展的设计，从战略层面保护大自然生态系统的完整和健康，以人类和自然和谐共存为目标准则，造出一种更加自然和随性的选择境界，挖掘出任何自然和谐共存，可持续发展的道路和方法。

综上所述，仿生设计以其特有的设计思想、理念和方法，把个体系统的需要放到整体系统中衡量，用符合生态学的环境科学原理的观念去指导行动，将不断去探索人与自然的关系，寻求技术与自然、人类的协同一致，试图预见并创造更高层次的人——自然——社会环境系统，这是现代仿生设计发展的趋势和理想目标，也是整个人类社会发展的追求。未来的仿生设计将渗透到人类社会生活的各个层面，对人类现在及未来的生活方式、价值观念产生影响，参与到人和自然的共生与持续发展这个哲学命题的认识和反思中去。

参考文献：

[1]姜娜，杨君顺.仿生在产品造型设计中的应用[ J ].包装工程，2006，27（12）： 306-312.[2]刘青春，何霞.产品仿生设计探究[ J ].包装工程，2006，27（4）： 194-196.[3] 王元建.论现代设计文化及其兼容性[ J ].装饰，2006，（18）： 13.[4]陈汗青，曹亚丽.解读设计符号语言及其本土文化内涵[J].装饰，2005，（12）： 7.

第五篇：仿生学听课笔记

仿生学听课笔记

资源环境学院09资源环境科学3班 孙怡

200930210319

我一直特别愿意学习对自己有用的东西。这个就是我选修仿生学的原因。

在我看来，与其说仿生学是一门学科，我更愿意把放生看作一种能力。这个不同于生物学或者设计学，仿生是必须基于对生物的了解之后才能进行“仿”这个创造设计的步骤。

从定义上来看，仿生学是涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。而仿生学主要是研究和建立一类人工系统，使之具有生命系统的某些特性的学科。

上课始伊，是被那些外表绚丽的家居用品，汽车所吸引。那个时候就发现自然界的美丽是必须要经历了时间的洗礼之后才能够感悟的。那些生动的沙发椅子书桌的时候，我以为这个就是仿生学了。把生物形态或者说是大自然的瑰丽全部应用与产品设计中。那些创意独特的产品吸引了很大一个群体的注意力，以此来提高购买率。当然仿生产品在生活中渐渐加深的渗透也是我们的生活变得趣味无穷。在这个创意至上的年代，同一个功能的东西，也许两者就是一个创意的差别，在售价上就出现了很大的差别。然而这个时候才明白知识就是力量，能力就是金钱的真正寓意啊。比如说，一只简单的桃木椅子，在宜家也不过就是300多块钱，可是加入了仿生的新型概念椅子，却可以在展览上卖到五位数。这个就是差距。然而学习可以弥补差距。了解仿生学，我想除了学习到这样的一种理念之外，更多的时候是为了让我们自己的思维面拓宽，以后做任何创意设计的设计可以往这方面想想。

随着课程的加多，我慢慢的了解到。仿生学的意义不仅仅在于让我们的生活变得更加缤纷多彩。仿生学在国防军事上的应用也有着重大的意义。

从鱼雷到雷达这些已经耳熟能详的军事用品，到机器人军队，这些都是仿生科技在军事领域的功劳。要是没有前人想到将生物界各种动物的各种看家本领引申到人类科技上，可想而知人类世界将不会像现在这般便捷告诉的发展。我记得原来有人给我说过，每种生物都有自己最擅长的技能，这些技能都是人类所没有办法达到的，然而人类最大的优势就是在于具有学习借鉴能力。这个才是最重要的。从夜视仪到电光鹰眼，我就发现，一场现代军事战争除了战略上认为的制订，其他的更像一场自然界各种生物的技能大比拼。好的，你有蝙蝠的雷达，我却有夜蛾的反雷达技术。这个时候已经不仅仅是靠战士们拼勇搏杀的时候了，而是科技作战数字作战了。这个时候仿生学的重要性相信已经不言而喻了。已经到达国防的高度了，那么这门学科的实际意义更加是重要了。

在学习仿生学之前，我以为这门学科只是和那些花里胡哨的家居饰品，或者奢华的饰品有关。但是我知道仿生学除了与军事领域息息相关之外，仿生学在很大程度上也改善了我们的生活。

之前我只以为仿生学只是把生物的形态颜色借鉴到产品设计中。然而后面才发现在农业和食品问题上，仿生学也发挥着举足轻重的作用。从农药到仿生栽培上，在民生之本的农业上，我们也不难发现仿生学的理念。这个时候仿生学就不仅仅只是一些形态的模仿了，更多的是利用这些概念，来简洁便利我们的生产活动。大棚蔬菜，就是一个最为常见的仿生例子在农业上的发展。这里的仿“生”仿的就不是生物了，而是生态。可以说，仿生学的精华而不是在于生物的特性，而是“仿”这个概念，这种思维模式。善于借鉴。

终于要说到这一个学期的课程中，我印象最为深刻的一课。

某日上课的时候，两位同学为我们放了一段视频，说的就是外国一个医生科学家，利用仿生学，让已经瘫痪了患者可以自理自己的生活。这个是事实，不是猜测估计，或者是对于现代科技的美好愿望。是真正已经发生了的事情。

看到这个的时候，我的情绪是震惊的。这位医生利用身体神经，做了一些类似于我们神经工作的电冲脉装在病患身上，从而让他可以开始自理自己的人生。看到这个的时候，我才想到，其实仿生学早就在医学方面为我们做贡献了，不是吗？从助听器到假肢，这些都是聪明的医疗工作者利用仿生学为病患争取到的第二次机会。如果是这样的话，仿人体大脑，这个人类最为重要的一个器官是不是也是指日可待了呢？这个太悬乎，我说不一定，可是寄予美好的想象也是可以的。我只能说随着科技的日益发展，我相信有一天脑死的患者也可以重新开始自己的人生。仿生在医疗上的应用时最为我多感动的。第二次这样的机会是多么可贵。我相信很多人都感受到了仿生学所带来的福利。

一个学期的课程的学习，让我觉得学习仿生学，学习应该是一种理念一种态度。或许仿生学应该成为一门基础课。每一个学科都将会和仿生学挂钩，仿生学在我们的生活中无处不在，还有什么会比这个更要呢？正是仿生学的无处不在，所以才证实了这门课的重要性。

仿生学的巨大前景在于，我们需要。随着科技的发展，我们需要这样的智慧与技术。

09资源环境科学学院

孙

怡

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