第一章 仿生学基本概念

  • 1.1 仿生学含义
    • 1.1.1 定义原则
    • 1.1.2 斯蒂尔定义
    • 1.1.3 传统定义
    • 1.1.4 现代定义
    • 1.1.5 仿生学相关定义
    • 1.1.6 仿生学英文释义
    • 1.1.7 工程仿生学
  • 1.2 仿生学研究内容
    • 1.2.1 生物、生活、生境与大自然
      • 1.2.1.1 生物研究
      • 1.2.1.2 生活研究
      • 1.2.1.3 生境研究
      • 1.2.1.4 自然界运行规律研究
    • 1.2.2 工程技术需求
    • 1.2.3 仿生转化
    • 1.2.4 仿生制品设计与制造
    • 1.2.5 仿生成果评价
  • 1.3 仿生学研究目标
    • 1.3.1 自然发现
    • 1.3.2 技术发明
    • 1.3.3 工程创造
    • 1.3.4 思维创新
  • 1.4 仿生学研究特点
    • 1.4.1 新兴、前沿
    • 1.4.2 学科交叉
    • 1.4.3 原创性强、生命力强
    • 1.4.4 上、中、下游研究紧密结合
    • 1.4.5 可续发展
  • 1.5 仿生学研究意义
    • 1.5.1 开启向自然学习的新时代
    • 1.5.2 加快揭示生物奥秘的步伐
    • 1.5.3 促进生物进化优化成果的应用

1.1 仿生学含义

1.1.1 定义原则

迄今为止，仿生学还没有一个严格意义上的统一而明晰的定义。但其基本内涵是明晰的，即首先是研究、认识生物；进而学习、利用、模拟生物；最后，在上述基础上，开发和研制人们需要的，同事具有生物一定功能特性的技术、方法或产品。

1.1.2 斯蒂尔定义

模仿生物原理来建造技术系统，或者使人早技术系统具有或类似于生物特征的科学。

1.1.3 传统定义

最早从控制科学与工程开始。

1.1.4 现代定义

仿生学现代广义定义：学习、模拟生、生活和生境制造包含自然或人造生命及其组件的人工制品。

1.1.5 仿生学相关定义

1.1.6 仿生学英文释义

bionics、biomicetics等。

1.1.7 工程仿生学

工程仿生学是面向工程，适应工程需求的仿生学，是仿生学与工程科学的交叉。

1.2 仿生学研究内容

1.2.1 生物、生活、生境与大自然

1.2.1.1 生物研究

纯生物学研究：基于生物专业或对生物的兴趣，研究生物系统各个层次的结构、功能、形位、控制、生长发育、起源、进化，以及生物与周围环境关系等。是基础研究，也是仿生学的生物学基础。
生物现象研究：对千姿百态的生物、丰富多材的生物现象以及种种现象之间错综复杂的相互作用关系的研究。
生物学已有成果研究：一是大面积分析、提纯、凝练、归类、集成，为仿生学研究做战略储备；二是带着明晰的需求，有目的地寻找有可能用于仿生学的生物学研究成果。是应用基础研究。
模本生物研究：工具工程实际需求，选择典型生物模本进行研究，是应用基础研究。

1.2.1.2 生活研究

以人类自身的自然生命、生活智慧、生活现象等为模本，提取人类生活的精髓，进行更贴近人们生活、更高层面的直接或抽象仿生。

1.2.1.3 生境研究

生境即人类与生物生存的环境，这里主要指自然环境、自然生态，以及常见的或偶发的自然现象，是人类来意生存的不可或缺的条件，亦是人类发展的基本保证。

1.2.1.4 自然界运行规律研究

物种之间的关系，种群之间的关系，自然界中物质、能量、信息产生、传输、转换和利用的规律和法则等。

1.2.2 工程技术需求

人工制品需求性研究、人工制品与生物功能特性相似性分析、人工制品仿生实现的可行性分析。

1.2.3 仿生转化

有需求，无模本，转化即寻求合适模本；
有模本，无需求，转化即寻求合适需求；
有需求，有模本，转化即模拟，寻求最优仿生模拟；
转化是仿生制品工程化，即要求工程技术资料规范、完整，制备工艺合理，质量上乘；
转化是仿生制品产业化，即要求能生产、售出、盈利。

1.2.4 仿生制品设计与制造

仿生制品的设计与制造，即仿生模拟，是仿生学的核心内容，它是将从生物界获得的信息编程有望解决工程技术问题的具体方案的时间活动，即将生物模本信息与工程研究对象结合，采用一定的技术与方法，转化生物的优异功能，设计并制造出满足工程技术需求的人工制品。

1.2.5 仿生成果评价

仿生成果评价研究是指依据明确的目标，按照一定的标准，采用科学的方法，对仿生成果的功能、品质、属性等进行量化，并对量化结果作出价值性的判断。

1.3 仿生学研究目标

1.3.1 自然发现

自然发现，是对自然环境、自然生态和自然现象的奥妙的一次揭示与阐释。自然发现是仿生学的理论基础，是技术发明、工程创造、思维创新的源泉。

1.3.2 技术发明

技术发明是在基于三生（生物、生活、生境）模本功能特性与原理进行仿生模拟的过程中，研发的具有知识产权的新技术、新方法、新工艺、新仪器等，这是仿生学的技术基础，工程创造的关键，也是仿生学研究的一个重要目标。

1.3.3 工程创造

工程创造就是在仿生制品工程化、产业化过程中，制造的仿生产品、营造的仿生系统、建造的仿生工程，比传统的好，比非仿生的好，蕴含新创意、新技术。

1.3.4 思维创新

仿生学的全过程不断展现各种创新，是仿生学活力无限的根本保证。

1.4 仿生学研究特点

1.4.1 新兴、前沿

1960年美国召开第一届仿生学学术会议是仿生学诞生的标志。

1.4.2 学科交叉

是生物学和技术科学相融合的交叉学科，涉及许多学科。

1.4.3 原创性强、生命力强

35亿年进化后的生物界，是人类产生各种技术思想和发明创造灵感的不竭源泉。

1.4.4 上、中、下游研究紧密结合

基础研究、技术研发和应用研究紧密结合。

1.4.5 可续发展

可续创新的本质决定仿生学研究永无止境。

1.5 仿生学研究意义

1.5.1 开启向自然学习的新时代

1.5.2 加快揭示生物奥秘的步伐

1.5.3 促进生物进化优化成果的应用

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