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仿生设计在编辑本段中的发展
在现代，生物学、电子学、动力学等学科的发展也促进了仿生设计的发展。以飞机的出现为例:在无数次模仿鸟类的飞行失败后，人们终于通过不懈的努力找到了鸟类能够飞行的原因:鸟类的翅膀是弯扁的，飞行时上面的气流比下面的气流快，导致下面的压力更大，于是翅膀产生垂直向上的升力，飞得越快，升力越大。1852年，法国人吉法尔发明了气球飞船；1870年，德国人奥托·李林塔尔制造了第一架滑翔机。19世纪末，李林塔尔是一个无所畏惧、敢于冒险的人。他看着家乡波美拉尼亚的鹳用笨拙的翅膀飞过他的屋顶，他坚信人也能飞。1891年开始研制弯肋蝙蝠翼单翼滑翔机，他还亲自进行了试飞。在随后的五年中，他进行了2000多次滑翔飞行，并与鸟类进行了对比研究，提供了宝贵的信息。证明了气流通过机翼上曲面的距离比气流通过机翼下平面的距离长，所以也更快，从而保证了气流在机翼后缘的收敛。由于上层气流行进速度较快，较稀薄，从而产生强大的吸力，约占机翼升力的三分之二；其余的升力来自机翼下气流对机翼的压力。19年底，内燃机的出现给了人类一直梦寐以求的东西:翅膀。这种翅膀不用多说，笨拙、原始、不可靠，但正是这种翅膀，使人类能够在风中与鸟儿一起飞翔。莱特兄弟发明了真正的飞机。在飞机设计制造过程中，如何让飞机转弯，如何让它稳定，一直困扰着他们。为此，莱特兄弟还研究了鸟类的飞行。例如，他们研究如何让一只翅膀落下，并通过转动落下的翅膀来保持平衡；这个翅膀上增加的压力是如何让鱼保持稳定和平衡的？这两个人为他们的滑翔机安装了翼尖副翼来进行这些实验，这些实验由地面上的人用绳子控制，使其转弯或弯曲。他们第二次成功的实验是通过操纵飞机后部一个可旋转的方向舵来控制飞机的方向，通过方向舵使飞机左转或右转。后来随着飞机的不断发展，逐渐失去了原来笨重难看的外形，变得更简单实用。机身和单个弯曲的机翼都显示出自然的线条，就像海浪冲刷的贝壳、鱼和石头。飞机的效率提高了，比以前飞得更快更高了。现代科学高度发达，但环境被破坏，生态失衡，能源枯竭。人类意识到重新认识自然、探索与自然更加和谐的生活方式的高度紧迫感，也意识到仿生设计对人类未来发展的重要性。尤其是1996年秋，在美国俄亥俄州召开了第一届仿生学研讨会，成为仿生学的正式诞生日。此后，仿生技术取得了巨大的进步并得到了广泛的应用。仿生设计也有了突飞猛进的发展，涌现出智能机器人、雷达、声纳、人工器官、自动控制器、自动导航仪等一大批仿生设计作品。到了现代，科学家根据蛙眼的特殊结构研制出了电子蛙眼，用于监测飞机起落和跟踪卫星。根据空气动力学原理，模仿鸭头形状设计的高速列车；模仿某些鱼喜欢诱捕鱼的声音的电子诱鱼器；通过对萤火虫和海蝇发光原理的研究，获得了一种将化学能转化为光能的新方法，从而开发出化学荧光灯等。目前，仿生设计模仿生物的几何尺寸和形状，也研究生物系统的结构、功能、能量转换和信息传递等各种优良特性，并应用于技术系统，以改进现有的工程设备，创造新的工艺、自动化装置和特殊技术部件等技术系统。同时，仿生设计为创造新的科技设备、建筑结构和新技术提供了原理、设计思路或规划蓝图，也为现代设计的发展提供了新的方向，充当了人类社会与自然之间的“纽带”。对人脑的探索可以预言，未来的电子计算机可能具有生物原理的功能。与之相比，现在的电子计算机只能当算盘用。植物光合作用的研究将为延长人类寿命和治疗疾病提供一种全新的医学发展途径。对生物体结构和形态的研究可能会改变未来建筑和产品的外观。使人从“城市”的人工物理环境中回归“自然”。信天翁是一种海鸟，它有一个淡化海水的器官——“脱盐器”。对其“脱盐器”结构和工作原理的研究可以启发人们改进旧的或创造新的海水淡化装置。白蚁能把被吃掉的木头转化成脂肪和蛋白质。对其机理的研究将对这些物质的人工合成有所启发。同时，仿生设计也能对人类的生活和健康产生巨大的影响。比如，人们可以通过仿生技术设计制造血管、肾脏、骨膜、关节、食道、气管、尿道、心脏、肝脏、血液、子宫、肺、胰腺、眼睛、耳朵、人工细胞等人造器官。专家预测，在本世纪中后期，除了大脑之外的所有人体器官都可以被人造器官取代。比如液态烃人工血液可以模拟血液的功能，产生和转移营养物质和废物，自动与氧气和二氧化碳结合并分离；为了模拟肾功能，用多孔纤维减反射膜制成血液过滤器，即人工肾。模拟肝脏，根据活性炭或离子交换树脂吸附过滤有毒物质，使人工肝解毒；人工心脏自动循环器由血液和单向传导驱动装置组成，模拟心脏功能。随着对宇宙的开发和了解，人们不仅会知道宇宙中新的生命形式，还会为它们提供全新的设计，创造出地球上前所未有的新装置...
编辑本段仿生设计的特点和研究内容
仿生设计是仿生学与设计相结合的一门边缘学科。它的研究范围很广，研究内容丰富多彩。特别是由于仿生学和设计涉及自然科学和社会科学的许多学科，仿生设计的研究内容很难划分。这里，我们根据模拟生物系统在设计中的不同应用对其进行分类。综上所述，仿生设计的研究内容主要有:1。形态仿生设计研究生物(包括动物、植物、微生物和人类)和自然物质(如日、月、风、云、山、川、雷、电)的外在形式和象征意义，以及如何通过相应的艺术处理方法应用于设计。2.功能仿生设计主要研究物体和自然物质的功能原理，并利用这些原理改进现有或构建新的技术体系，以促进产品的升级或新产品的开发。3.视觉仿生设计研究物体的视觉器官对图像的识别，对视觉信号的分析处理，以及相应的视觉过程；它广泛应用于产品设计、视觉传达设计和环境设计中。4.结构仿生设计主要关注物体和自然物质的内部结构原理在设计中的应用，适用于产品设计和建筑设计。研究最多的是植物的茎和叶以及动物身体、肌肉和骨骼的结构。从国内外仿生设计的发展来看，形态仿生设计和功能仿生设计是当前研究的热点。本文还将着重介绍形态仿生和功能仿生设计的一些情况。一门交叉学科。
编辑本段仿生设计的研究方法
仿生设计的研究方法主要是“模型分析”:1，创建生物模型和技术模型。首先从自然界中选取研究对象，然后根据这个对象建立各种实体模型或虚拟模型，通过各种技术手段(包括材料、工艺、计算机等)对其进行研究。)做出定量的数学基础；通过对生物体和模型的定性和定量分析，将生物体的形态和结构转化为可用于技术领域的抽象功能，并考虑不同的材料和技术手段来创造新的形态和结构。(1)从功能出发，研究物体的结构和形状——制作生物模型。找到研究对象的生物学原理，通过对生物体的感知，形成对生物体的感性认识。本文从功能出发，研究生物体的结构和形态，在感性认识的基础上，去除无关因素，进行简化，提出了生物模型。对生物原型进行定性分析，用模型模拟生物结构原理。目的是研究物体本身的结构原理。(2)从结构形式出发，实现抽象功能——制造技术模型基于对生物体的分析，做出量化的数学基础，以及各种技术手段(包括材料、工艺等。)用于制造可在产品上测试的技术模型。牢牢把握量的尺度，从具体的形态结构中抽象出功能原理。目的是研究和开发技术模型本身。2.可行性分析与研究模型建立后，对其展开各种可行性分析与研究:①功能分析找到研究对象的生物学原理，通过对生物的感知，形成对生物的感性认识。从功能的角度，对生物原型进行定性分析。(2)生物体的外部形态分析，可以是抽象的，也可以是具体的。在这个过程中，关键的考虑因素是人体工程学、寓意、材料和加工技术。(3)颜色分析进行颜色分析的同时，也要分析生物的生活环境，要研究为什么会出现这种颜色？这种颜色在这种环境下有什么作用？(4)内部结构分析研究生物的结构形式。在感性认识的基础上，去除无关因素，简化。通过分析发现，在设计中值得借鉴和利用。⑤运动规律的分析利用现有的高科技手段，我们研究生物的运动规律，找出其运动的原理，解决设计工程中的问题。当然，我们也可以对生物的其他方面进行各种可行性分析。据了解，这种洗衣机首先具有神经智能网络的功能，可以模仿人的判断能力，根据衣物的重量、质地、脏污程度来决定洗涤程序、洗涤时间和水位，从而达到最佳洗涤状态。其次，它有搓板的功能。洗衣机里的搓衣棒可以像手一样随心所欲的来回搓动，这种搓动控制在300度以内，既能保证衣物干净，又能防止衣物缠绕。第三，去除了传统洗衣机机械传动装置中所包含的机械连杆、曲柄、齿轮等部件转动产生的噪音，采用DC永磁无刷电机直接驱动，有效防止噪音。采用DC永磁无刷电机，在电子驱动器的控制下，可实现无级调速，可精确控制擦洗杆每次旋转的圈数和角度。因此，可以根据不同的衣物质地和脏污程度设置不同的洗涤程序，有效模仿人工擦洗的快慢节奏和力度，实现“仿生”擦洗。此外，DC永磁电机比交流电机省电50%。电子制动技术将噪音降至最低。有洗衣机的消费者都会有被大噪音烦到的体验。他们买洗衣机的时候总希望有一台无噪音的洗衣机。“仿生擦洗”洗衣机正好可以满足这一点。这主要是因为“仿生擦洗”洗衣机采用电子发动机实现电子制动，制动时电机本身快速减速，避免了像其他洗衣机那样机械摩擦制动带来的噪音和震动，实现了静音运行。摩擦棒确保洗涤过程中不会产生碎屑。有洗衣机使用经验的消费者都知道，洗衣机的洗衣桶上部有一个滤网，过滤衣物洗涤过程中产生的杂物。但是“仿生擦洗”洗衣机没有这样的过滤器。为什么？业内专家解释说，这是因为“仿生擦洗”洗衣机的内部结构与阿波罗轮式和滚筒洗衣机有着本质的不同。仿生擦洗洗衣机使用的驱动发动机是一个直立的擦洗棒，可以将动能从中心传递到四周。洗衣机启动时，搓衣杆带动衣物沿桶壁以不超过300度的角度运动，有效避免了连续旋转造成的衣物缠绕和与桶壁摩擦产生的碎屑，洗涤干净、不缠绕、无摩擦，当然也不需要过滤网。衣物沿桶壁的来回运动与衣物在搓板上的来回运动非常相似，能够达到手洗的效果，因此得名“仿生擦洗”洗衣机。人们都知道飞机在夜间旅行时不会撞到东西，因为通过蝙蝠的灵感，人们听不到从嘴里发出的一种超声波，但却能听到。如果有障碍物，声音会被反射回来，蝙蝠会立即改变飞行方向。飞机也是。他通过天线发出无线电波，如果有障碍物，就会反射回来，显示在屏幕上。阐述了制造过程与生命现象的相似性:基于自组织机制的有序化，基于信息模型的个体复制，以及通过进化过程形成的高度适应性。论述了仿生制造的基本内涵，指出了现代制造科学应向生命现象和生命科学学习的主要内容，包括完善的信息技术、基因控制的成长型加工成型方法、优良的有机材料、奇妙的生物智能、高效的优化和优化方法、先进的组织结构和运作模式。提出了加强学科结合、推进仿生制造技术研究的建议。结构构件在相同截面积下，尽可能远离中性轴放置材料，是一种有效的截面形状。有趣的是，这个结论也反映在自然界许多动植物的组织中。例如，许多能够抵御强风的植物的茎是中空截面的管状结构。支撑人承重和运动的骨骼，其横截面周围有致密的骨质，而柔软的骨髓则充满了空腔。建筑结构中常用的空心楼板、箱梁、工字钢板梁、折板结构、空间薄壁结构都是基于这个结论。-斑马斑马生活在非洲大陆上，它们的外形和普通的马没有什么区别。它们身上的条纹是为了适应生活环境而衍生出来的保护色。在所有的斑马中，斑马是最大最漂亮的。它的肩高是140-160 cm，耳朵又圆又大，条纹又细又多。斑马经常远离草原上的角马、角马、瞪羚、鸵鸟，以抵御天敌。斑马条纹在军事上的应用是仿生学的成功范例。1806年左右，英国科学家、空气动力学创始人之一凯利模仿鳟鱼和土拨鼠的纺锤形，发现了一种低阻力的流线型结构。凯利还设计了一种模仿鸟类翅膀的机翼曲线，极大地促进了航空技术的诞生。与此同时，法国生理学家马雷对鸟类的飞行进行了细致的研究。在《动物机器》一书中，他介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹在研究飞行动物时也发现，飞行动物的重量与身体线性的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体尺寸的局限性。通过对鸟类飞行器官的详细研究和精心模仿，根据鸟类飞行机理的原理，人们终于制造出了一种能够载人飞行的滑翔机。
编辑这个动物仿生学的例子。
1。一个很奇怪的小型气体分析仪，是从讨厌的苍蝇身上成功复制的。2。从萤火虫到人工发光；3。电鱼和伏特电池；4。水母迎风耳，模仿水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳朵风暴预报器5。根据蛙眼的视觉原理，人们已经成功研制出一种电子蛙眼。6。根据蝙蝠超声波定位器的原理，人们还为盲人仿制了“探路者”。7。通过模拟蓝藻不完全的光合机构，设计仿生光解装置，获得大量氢气。8。根据对人体骨骼肌系统和生物电控制的研究，复制了一种人体力量增强器——步行机。9。现代起重机的吊钩起源于许多动物的爪子。10。波纹屋顶模仿动物的鳞片。11。桨模仿鱼的鳍。12。锯学螳螂臂，或锯草。13。苍耳属植物受到启发，发明了velcro。14。嗅觉敏锐的龙虾为人们提供了制作气味探测器的思路。15。壁虎脚趾为制造可重复使用的胶带提供了令人鼓舞的前景。16。贝类与其蛋白质生成的胶体非常强，这样的胶体可以应用于从外科缝合到船舶修理的一切。17.树叶的排列与悉尼大剧院的建造18。潜艇与鱼的沉浮19。声纳海豚20。雷达蝙蝠