發明設計自動化裝置

⑴ 如何製作自動化設備設計方案

一般如下
幾步，
一，了解設備的用途，
第二設備的運作流程，
第三設備的機械結構，
第四電氣控制系統
第五設備調試

⑵ 自動化的發展介紹

1946年，美國福特公司的機械工程師D.S.哈德最先提出「自動化」一詞，並用來描述發動機汽缸的自動傳送和加工的過程。50年代，自動調節器和經典控制理論的發展，使自動化進入以單變數自動調節系統為主的局部自動化階段。60年代，隨現代控制理論的出現和電子計算機的推廣應用，自動控制與信息處理結合起來，使自動化進入到生產過程的最優控制與管理的綜合自動化階段。
70年代，自動化的對象變為大規模、復雜的工程和非工程系統，涉及許多用現代控制理論難以解決的問題。這些問題的研究，促進了自動化的理論、方法和手段的革新，於是出現了大系統的系統控制和復雜系統的智能控制，出現了綜合利用計算機、通信技術、系統工程和人工智慧等成果的高級自動化系統，如柔性製造系統、辦公自動化、智能機器人、專家系統、決策支持系統、計算機集成製造系統等。
自動裝置的出現和應用是在18世紀。自動化技術形成時期是在18世紀末～20世紀30年代。1788年英國機械師J.瓦特發明離心式調速器（又稱飛球調速器），並把它與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環自動控制系統。瓦特的這項發明開創了近代自動調節裝置應用的新紀元，對第一次工業革命及後來控制理論的發展有重要影響。人們開始採用自動調節裝置，來對付工業生產中提出的控制問題。這些調節器都是一些跟蹤給定值的裝置，使一些物理量保持在給定值附近。自動調節器應用標志著自動化技術進入新的歷史時期。進入20世紀以後，工業生產中廣泛應用各種自動調節裝置，促進了對調節系統進行分析和綜合的研究工作。這一時期雖然在自動調節器中已廣泛應用反饋控制的結構，但從理論上研究反饋控制的原理則是從20世紀20年代開始的。1833年英國數學家C.巴貝奇在設計分析機時首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一批系統與控制的專業研究機構成立，為20世紀40年代形成經典控制理論和發展局部自動化作了理論上和組織上的准備。
20世紀40～50年代是局部自動化時期第二次世界大戰時期形成的經典控制理論對戰後發展局部自動化起了重要的促進作用。在問題的過程中形成了經典控制理論﹐設計出各種精密的自動調節裝置﹐開創了系統和控制這一新的科學領域。這一新的學科當時在美國稱為伺服機構理論﹐在蘇聯稱為自動調整理論﹐主要是解決單變數的控制問題。經典控制理論這個名稱是1960年在第一屆全美聯合自動控制會議上提出來的。1945年後由於戰時出版禁令的解除﹐出現了系統闡述經典控制理論的著作。1945年美國數學家維納﹐N.把反饋的概念推廣到一切控制系統。50年代以後﹐經典控制理論有了許多新的發展。。經典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰中軍事技術上的需要和戰後工業發展上的需要。但是到了50年代末就發現把經典控制理論的方法推廣到多變數系統時會得出錯誤的結論。經典控制理論的方法有其局限性。
20世紀40年代中發明的電子數字計算機開創了數字程序控制的新紀元﹐雖然當時還局限於自動計算方面，但ENIAC和EDVAC的製造成功﹐開創了電子數字程序控制的新紀元。電子數字計算機的發明為60～70年代在控制系統中廣泛應用程序控制和邏輯控制以及廣泛應用電子數字計算機直接控制生產過程奠定了基礎。
20世紀50年代末起至今是綜合自動化時期，這一時期空間技術迅速發展，迫切需要解決多變數系統的最優控制問題。於是誕生了現代控制理論。現代控制理論的形成和發展為綜合自動化奠定了理論基礎。同時微電子技術有了新的突破。1958年出現晶體管計算機，1965年出現集成電路計算機，1971年出現單片微處理機。微處理機的出現對控制技術產生了重大影響﹐控制工程師可以很方便地利用微處理機來實現各種復雜的控制，使綜合自動化成為現實。「自動化(Automation)」是美國人D.S.Harder於1936年提出的他認為在一個生產過程中，機器之間的零件轉移不用人去搬運就是「自動化」。

⑶ 為什麼說蒸汽機是世界上公認的第一個自動控制系統

蒸汽機是世界上公認的第一個自動控制系統的原因是物哪激蒸汽機-自動化的開端。在近代科學技術史上，尤其是在自動化方緩派面的教科書中，都把瓦特在1787年發明的安裝在蒸汽機上的離心式調節器罩襪，看作具有重大意義的一種典型的自動化裝置。瓦特使蒸汽機成為一種實用的有效的動力設備，從而引發了第一次工業革命。

⑷ 仿生學的發明！大約105個字左右！現在就要！速度！速度！

仿生設計學

仿生設計學,亦可稱之為設計仿生學（Design Bionics）,它是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興邊緣學科，主要涉及到數學、生物學、電子學、物理學、控制論、資訊理論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科。
仿生設計學與舊有的仿生學成果應用不同，它是以自然界萬事萬物的「形」、「色」、「音」、「功能」、「結構」等為研究對象，有選擇地在設計過程中應用這些特徵原理進行的設計，同時結合仿生學的研究成果，為設計提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上，仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展，是仿生學研究成果在人類生存方式中的反映。
仿生設計學作為人類社會生產活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到了高度的統一，正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。

自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作「鄰居」，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造談殲出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。
在我國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，彷彿像大象的腿。
我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，「返做善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。」西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥漏侍衡類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」，也反映了人們向鳥類借鑒的願望。

我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 「火龍出水」，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。
外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。
一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難設想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。

二、仿生設計的歷史

自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作「鄰居」，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。
在我國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，彷彿像大象的腿。
我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。」西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」，也反映了人們向鳥類借鑒的願望。

我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 「火龍出水」，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。
外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。
一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難設想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。

三、仿生設計的發展

到了近代，生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例：
在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後，人們通過不泄的努力，終於找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，於是翅膀就產生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大。
1852年，法國人季法兒發明了氣球飛船；1870年，德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人，他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅信人能飛行。1891年，他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機，自己還進行試飛；此後五年，他進行了2000多次滑翔飛行，並同鳥類進行了對比研究，提供了很有價值的資料。資料證明：氣流流經機翼上部曲面所走路程，比氣流流經機翼下平直表面距離較長，因而也較快，這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合；上部氣流由於走的較快，它就較為稀薄，從而產生強大吸力，約占機翼升力的三分之二大小；其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。
19世紀末，內燃機的出現，給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。
萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中，怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落，靠轉動這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗，由地面上的人用繩控制，使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向，通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。
後來，隨著飛機的不斷發展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡單，更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現代，科學高度發展但環境破*、生態失衡、能源枯竭，人類意識到了重新認識自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會，成為仿生學的正式誕生之日。
此後，仿生技術取得了飛躍的發展，並獲得了廣泛的應用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展，一大批仿生設計作品如智能機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
近代，科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學熒光燈等等。

目前，仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時，還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵，並把它運用到技術系統中，改善已有的工程設備，並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統；同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖，亦為現代設計的發展提供了新的方向，並充當了人類社會與自然界溝通信息的「紐帶」。
對人腦的探索，可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比，現在的電子計算機只能作為算盤。
對植物光合作用的研究，將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑。
對生物體結構和形態的研究，有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從「城市」這個人造物理環境中重新回歸「自然」。
信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——「去鹽器」。對其「去鹽器」的結構及其工作原理的研究，可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。
白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質有所啟發。
同時仿生設計亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術，設計製造製造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關節、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細胞。專家預測，在本世紀中後期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以製造、傳遞養料及廢物，並能與氧氣及二氧化碳自動結合並分離的液態碳氫化合物人工血；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜製成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質，製成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單向導通驅動裝置，組成人工心臟自動循環器。
隨著對宇宙的開發、認識，又將使人類不但認識宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設計，創造出地球上前所未有的新的裝置……

仿生設計學的特點與研究內容

仿生設計學是仿生學與設計學互相交叉滲透而結合成的一門的邊緣學科，其研究范圍非常廣泛，研究內容豐富多彩，特別是由於仿生學和設計學涉及到自然科學和社會科學的許多學科，因此也就很難對仿生設計學的研究內容進行劃分。這里，我們是基於對所模擬生物系統在設計中的不同應用而分門別類的。歸納起來，仿生設計學的研究內容主要有：
1、形態仿生設計學研究的是生物體（包括動物、植物、微生物、人類）和自然界物質存在（如日、月、風、雲、山、川、雷、電等）的外部形態及其象徵寓意，以及如何通過相應的藝術處理手法將之應用與設計之中。
2、功能仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的功能原理，並用這些原理去改進現有的或建造新的技術系統，以促進產品的更新換代或新產品的開發。
3、視覺仿生設計學研究生物體的視覺器官對圖象的識別、對視覺信號的分析與處理，以及相應的視覺流程；他廣泛應用與產品設計、視覺傳達設計和環境設計之中。
4、結構仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的應用問題，適用與產品設計和建築設計。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。
從國內外仿生設計學的發展情況來看，形態仿生設計學和功能仿生設計學是目前研究的重點。在本文中，還將著重介紹形態仿生學和功能仿生設計學的一些情況。

作為一門新興的邊緣交叉學科，仿生設計學具有某些設計學和仿生學的特點，但他又有別與這兩門學科。具體說來，仿生設計學具有如下特點：
1、 藝術科學性
仿生設計學是現代設計學的一個分支、一個補充。同其它設計學科一樣，仿生設計學亦具有它們的共同特性——藝術性。鑒於仿生設計學是以一定的設計原理為基礎、以一定的仿生學理論和研究成果為依據，因此具有很嚴謹的科學性。
2、 商業性
仿生設計學為設計服務，為消費者服務，同時優秀的仿生設計作品亦可刺激消費、引導消費、創造消費。
3、 無限可逆性
以仿生設計學為理論依據的仿生設計作品都可以在自然界中找到設計的原型，該作品在設計、投產、銷售過程中所遇到的各種問題又可以促進仿生設計學的研究與發展。仿生學的研究對象是無限的，仿生設計學的研究對象亦是無限的；同理，仿生設計的原型也是無限的，只要潛心研究大自然，我們永遠不會有江郎才盡的一天。
4、 學科知識的綜合性
要熟悉和運用仿生設計學，必須具備一定的數學、生物學、電子學、物理學、控制論、資訊理論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科的基本知識。
5、 學科的交叉性
要深入研究和了解仿生設計學，必須在設計學的基礎上，既要了解生物學、社會科學的基礎知識，又要對當前仿生學的研究成果有清晰的認識。它是產生於幾個學科交叉點上的一種新型交叉學科。

五、仿生設計學的研究方法

仿生設計學的研究方法主要為「模型分析法」：
1、創造生物模型和技術模型
首先從自然中選取研究對象，然後依此對象建立各種實體模型或虛擬模型，用各種技術手段（包括材料、工藝、計算機等）對它們進行研究，做出定量的數學依據；通過對生物體和模型定性的、定量的分析，把生物體的形態、結構轉化為可以利用在技術領域的抽象功能，並考慮用不同的物質材料和工藝手段創造新的形態和結構。
① 從功能出發、研究生物體結構形態——製造生物模型。
找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發，研究生物的結構形態，在感性認識的基礎上，除去無關因素，並加以簡化，提出一個生物模型。對照生物原型進行定性的分析，用模型模擬生物結構原理。目的是研究生物體本身的結構原理。
② 從結構形態出發，達到抽象功能——製造技術模型
根據對生物體的分析，做出定量的數學依據，用各種技術手段（包括材料、工藝等）製造出可以在產品上進行實驗的技術模型。牢牢掌握量的尺度，從具象的形態和結構中，抽象出功能原理。目的是研究和發展技術模型本身。
2、可行性分析與研究
建立好模型後，開始對它們進行各種可行性的分析與研究：
① 功能性分析
找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發，對照生物原型進行定性的分析。
② 外部形態分析
對生物體的外部形態分析，可以是抽象的，也可以是具象的。在此過程中重點考慮的是人機工學、寓意、材料與加工工藝等方面的問題。
③ 色彩分析
進行色彩的分析同時，亦要對生物的生活環境進行分析，要研究為什麼是這種色彩？在這一環境下這種色彩有什麼功能？
④ 內部結構分析
研究生物的結構形態，在感性認識的基礎上，除去無關因素，並加以簡化，通過分析，找出其在設計中值得借鑒合利用的地方。
⑤ 運動規律分析
利用現有的高科技手段，對生物體的運動規律進行研究，找出其運動的原理，針對性的解決設計工程中的問題。
當然，我們還可以就生物體的其它方面進行各種可行性分析。
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-- 作者：文丐
-- 發布時間：2004-9-15 7:41:15

-- 仿生搓洗引爆洗衣機新革命

仿生是高科技的代名詞，它是指運用尖端的科學技術，來模仿生物的各種官能感覺和思維判功能，更加有效地為人數服務。各國都在不遺餘力地加大在仿生學方面的研究。可以說，仿生學研究程度的高低，是國家綜合國力的重要標志之一。榮事達集團研製開發的「仿生搓洗」全自動洗衣機最近推向市場，將仿生技 術運用於洗衣機領域，產生了革命性的影響。

據了解，這種洗衣機首先具有神經智能網路功能，可以模仿人的恩維判斷能力，根據衣物的重量、質地、臟污程度來自行決定洗滌程序、洗滌時間和水位的高低，從而達到最佳的洗滌狀態。其次，具有搓衣板的功能。洗衣機內的搓洗棒能夠像手一樣隨心所欲地來回搓動，這種搓動被控制在300度以內，能夠保證把衣服洗干凈又防止衣服纏繞。三是它去除了傳統洗衣機因機械傳動裝置所包含的機械連桿、曲柄、齒輪等部件轉動所帶來的噪音，採用直流永磁無刷電機直接驅動，有效地防止噪音的產生。

直流永磁無刷電機可節電50％

採用直流永磁無刷電機，在電子驅動器的控制下可實現無級調速，並可精確地控制搓洗棒每次轉動的次數和角度。因此，不同的衣物質地、臟污程度可以設定不同的洗滌程序，有效地模仿了人工搓洗的快慢節奏和力度，實現「仿生」搓洗。另外，採用直流永磁電機比採用交流電機節電50％。

電子剎車技術把噪音降到最低

有洗衣機的消費者會有因噪音大而煩惱的體會，他們在換購洗衣機時總希望擁有一台沒有噪音的洗衣機。「仿生搓洗」洗衣機則恰好能滿足這一點。

這主要是因為「仿生搓洗」洗衣機採用電子擎實現電子剎車，剎車時由電機本身迅速降速，從而避免了像其他洗衣機採用機械摩擦剎車時產生的噪音和振動，實現了靜音運轉。

搓洗棒確保洗滌過程中不產生碎屑

有洗衣機使用經驗的消費者知道，洗衣機的洗滌桶上部都有一個過濾網，用來過濾衣物在洗滌時產生的碎屑。但是「仿生搓洗」洗衣機卻沒有這種過濾網，為什麼呢？業內專家解釋，這是因為「仿生搓洗」洗衣機的內部構造根本有別於波輪式和滾筒式洗衣機。「仿生搓洗」洗衣機採用的驅動擎是豎立的搓洗棒，能夠使動能從中央向四周傳遞。當洗衣機啟動時，搓洗棒帶動衣物沿著桶壁運動的角度不超過300度，有效避免了衣物因連續旋轉而形成的纏繞，以及與桶壁摩擦產生的碎屑，洗得干凈、不纏繞、無摩擦，當然不需要過濾網。衣物沿桶壁來回運動與衣物在搓衣板上的來回運動極其相似，並能達到手洗效果，「仿生搓洗」洗衣機也由此得名。

⑸ 自動售貨機是怎麼發明的

自動售貨機可以說是我們這個時代的象徵。最早的自動售貨機是亞歷山大時代的希臘科學家赫羅設計的。他發明的這個裝置是為在廟宇里施與聖水用的。這種自動售聖水機是一隻底部有一根短出水管的盛水壺。管的進水口在壺內。壺里還有一根裝在樞軸上可以像蹺蹺板一樣轉動的小棒。棒的一頭吊著活塞。平時小棒保持水平狀態，活塞恰好堵住進水口。如果把硬幣從水壺上方的狹縫投入，它就會擊中小棒的另一頭，於是小棒傾斜，提起活塞，水就從出水管流出，注入酒杯。等硬幣落到壺底時，小棒又恢復常態，把水流切斷。如今較簡單的投幣控制機，如自動售糖果機，就是採用類似的原理製成的。

⑹ 想像發明的作文200字

自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重歲斗大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作「鄰居」，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。 人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。 在我國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，彷彿像大象的腿。 我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。」西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」，也反映了人們向鳥類借鑒的願望。 我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古早高代水戰中使用的火箭武器 「火龍出水」，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。 外國的文乎睜磨明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。 一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。 後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難設想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。 二、仿生設計的歷史 自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作「鄰居」，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。 人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。 在我國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先「見飛蓬轉而知為車」，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，彷彿像大象的腿。 我國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且應用於軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，「善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。」西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器「神火飛鴉」，也反映了人們向鳥類借鑒的願望。 我國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 「火龍出水」，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。 外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。 一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。 後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難設想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。 三、仿生設計的發展 到了近代，生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例： 在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後，人們通過不泄的努力，終於找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，於是翅膀就產生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大。 1852年，法國人季法兒發明了氣球飛船；1870年，德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人，他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅信人能飛行。1891年，他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機，自己還進行試飛；此後五年，他進行了2000多次滑翔飛行，並同鳥類進行了對比研究，提供了很有價值的資料。資料證明：氣流流經機翼上部曲面所走路程，比氣流流經機翼下平直表面距離較長，因而也較快，這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合；上部氣流由於走的較快，它就較為稀薄，從而產生強大吸力，約占機翼升力的三分之二大小；其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。 19世紀末，內燃機的出現，給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。 萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中，怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落，靠轉動這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗，由地面上的人用繩控制，使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向，通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。 後來，隨著飛機的不斷發展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡單，更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現代，科學高度發展但環境破*、生態失衡、能源枯竭，人類意識到了重新認識自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會，成為仿生學的正式誕生之日。 此後，仿生技術取得了飛躍的發展，並獲得了廣泛的應用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展，一大批仿生設計作品如智能機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。 近代，科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學熒光燈等等。 目前，仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時，還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵，並把它運用到技術系統中，改善已有的工程設備，並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統；同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖，亦為現代設計的發展提供了新的方向，並充當了人類社會與自然界溝通信息的「紐帶」。 對人腦的探索，可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比，現在的電子計算機只能作為算盤。 對植物光合作用的研究，將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑。 對生物體結構和形態的研究，有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從「城市」這個人造物理環境中重新回歸「自然」。 信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——「去鹽器」。對其「去鹽器」的結構及其工作原理的研究，可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。 白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質有所啟發。 同時仿生設計亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術，設計製造製造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關節、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細胞。專家預測，在本世紀中後期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以製造、傳遞養料及廢物，並能與氧氣及二氧化碳自動結合並分離的液態碳氫化合物人工血；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜製成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質，製成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單向導通驅動裝置，組成人工心臟自動循環器。 隨著對宇宙的開發、認識，又將使人類不但認識宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設計，創造出地球上前所未有的新的裝置…… 仿生設計學的特點與研究內容 仿生設計學是仿生學與設計學互相交叉滲透而結合成的一門的邊緣學科，其研究范圍非常廣泛，研究內容豐富多彩，特別是由於仿生學和設計學涉及到自然科學和社會科學的許多學科，因此也就很難對仿生設計學的研究內容進行劃分。這里，我們是基於對所模擬生物系統在設計中的不同應用而分門別類的。歸納起來，仿生設計學的研究內容主要有： 1、形態仿生設計學研究的是生物體（包括動物、植物、微生物、人類）和自然界物質存在（如日、月、風、雲、山、川、雷、電等）的外部形態及其象徵寓意，以及如何通過相應的藝術處理手法將之應用與設計之中。 2、功能仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的功能原理，並用這些原理去改進現有的或建造新的技術系統，以促進產品的更新換代或新產品的開發。 3、視覺仿生設計學研究生物體的視覺器官對圖象的識別、對視覺信號的分析與處理，以及相應的視覺流程；他廣泛應用與產品設計、視覺傳達設計和環境設計之中。 4、結構仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的應用問題，適用與產品設計和建築設計。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。 從國內外仿生設計學的發展情況來看，形態仿生設計學和功能仿生設計學是目前研究的重點。在本文中，還將著重介紹形態仿生學和功能仿生設計學的一些情況。 作為一門新興的邊緣交叉學科，仿生設計學具有某些設計學和仿生學的特點，但他又有別與這兩門學科。具體說來，仿生設計學具有如下特點： 1、 藝術科學性 仿生設計學是現代設計學的一個分支、一個補充。同其它設計學科一樣，仿生設計學亦具有它們的共同特性——藝術性。鑒於仿生設計學是以一定的設計原理為基礎、以一定的仿生學理論和研究成果為依據，因此具有很嚴謹的科學性。 2、 商業性 仿生設計學為設計服務，為消費者服務，同時優秀的仿生設計作品亦可刺激消費、引導消費、創造消費。 3、 無限可逆性 以仿生設計學為理論依據的仿生設計作品都可以在自然界中找到設計的原型，該作品在設計、投產、銷售過程中所遇到的各種問題又可以促進仿生設計學的研究與發展。仿生學的研究對象是無限的，仿生設計學的研究對象亦是無限的；同理，仿生設計的原型也是無限的，只要潛心研究大自然，我們永遠不會有江郎才盡的一天。 4、 學科知識的綜合性 要熟悉和運用仿生設計學，必須具備一定的數學、生物學、電子學、物理學、控制論、資訊理論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科的基本知識。 5、 學科的交叉性 要深入研究和了解仿生設計學，必須在設計學的基礎上，既要了解生物學、社會科學的基礎知識，又要對當前仿生學的研究成果有清晰的認識。它是產生於幾個學科交叉點上的一種新型交叉學科。 五、仿生設計學的研究方法 仿生設計學的研究方法主要為「模型分析法」： 1、創造生物模型和技術模型 首先從自然中選取研究對象，然後依此對象建立各種實體模型或虛擬模型，用各種技術手段（包括材料、工藝、計算機等）對它們進行研究，做出定量的數學依據；通過對生物體和模型定性的、定量的分析，把生物體的形態、結構轉化為可以利用在技術領域的抽象功能，並考慮用不同的物質材料和工藝手段創造新的形態和結構。 ① 從功能出發、研究生物體結構形態——製造生物模型。 找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發，研究生物的結構形態，在感性認識的基礎上，除去無關因素，並加以簡化，提出一個生物模型。對照生物原型進行定性的分析，用模型模擬生物結構原理。目的是研究生物體本身的結構原理。 ② 從結構形態出發，達到抽象功能——製造技術模型 根據對生物體的分析，做出定量的數學依據，用各種技術手段（包括材料、工藝等）製造出可以在產品上進行實驗的技術模型。牢牢掌握量的尺度，從具象的形態和結構中，抽象出功能原理。目的是研究和發展技術模型本身。 2、可行性分析與研究 建立好模型後，開始對它們進行各種可行性的分析與研究： ① 功能性分析 找到研究對象的生物原理，通過對生物的感知，形成對生物體的感性認識。從功能出發，對照生物原型進行定性的分析。 ② 外部形態分析 對生物體的外部形態分析，可以是抽象的，也可以是具象的。在此過程中重點考慮的是人機工學、寓意、材料與加工工藝等方面的問題。 ③ 色彩分析 進行色彩的分析同時，亦要對生物的生活環境進行分析，要研究為什麼是這種色彩？在這一環境下這種色彩有什麼功能？ ④ 內部結構分析 研究生物的結構形態，在感性認識的基礎上，除去無關因素，並加以簡化，通過分析，找出其在設計中值得借鑒合利用的地方。 ⑤ 運動規律分析 利用現有的高科技手段，對生物體的運動規律進行研究，找出其運動的原理，針對性的解決設計工程中的問題。 當然，我們還可以就生物體的其它方面進行各種可行性分析。

⑺ 關於仿生學的發明50字

生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中，它們利用聲音尋食，逃避敵害和求偶繁殖。因此，聲音是生物賴以生存的一種重要信息。義大利科學家斯帕蘭捷很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是塞住蝙蝠的雙耳、封住它的嘴後，它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實，斯帕蘭捷提出了一個使人們難以接受的結論：蝙蝠能用耳朵與嘴「看東西」。它們能夠用嘴發出超聲波後，在超聲波接觸到障礙物反射回來時，用雙耳接收到。第一次世界大戰結束後，1920年，哈台認為蝙蝠發出聲音信號的頻率超出人耳的聽覺范圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超聲波回波定位的方法相同。遺憾的是，哈台的提示並未引起人們的重視，而工程師們對於蝙蝠具有「回聲定位」的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器，才完完全全證實蝙蝠就是以發出超聲波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。
另一個事例是人們對於昆蟲行為為時過晚的研究。在利奧那多·達·芬奇研究鳥類飛行造出第一個飛行器400年之後，人們經過長期反復的實踐，終於在1903年發明了飛機，使人類實現了飛上天空的夢想。由於不斷改進，30年後人們的飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，顯示了人類的智慧和才能。但是在繼續研製飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象。當飛機飛行時，機翼發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因而喪生。飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法。就在機翼前緣的遠端上安放一個加重裝置，這樣就把有害的振動消除了。可是，昆蟲早在三億年以前脊毀就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，飛行就變得盪來盪去。實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似。假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益於解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了。面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！
以上這三個事例發人深省，也使人們受到了很大啟發。早在地球上出現人類之前，各種生物已瞎野笑在大自然中生活了億萬年，在它們為生存而斗爭的長期進化中，獲得了與大自然相適應的能力。生物學的研究可以說明，生物在進化過程中形成的極其精確和完善的機制，使它們具備了適應內外環境變磨含化的能力。生物界具有許多卓有成效的本領。如體內的生物合成、能量轉換、信息的接受和傳遞、對外界的識別、導航、定向計算和綜合等，顯示出許多機器所不可比擬的優越之處。生物的小巧、靈敏、快速、高效、可靠和抗干擾性實在令人驚嘆不已。
[編輯本段]【仿生學重大意義】
仿生學是連接生物與技術的橋梁
自從瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年發明蒸汽機以後，人們在生產斗爭中獲得了強大的動力。在工業技術方面基本上解決了能量的轉換、控制和利用等問題，從而引起了第一次工業革命，各式各樣的機器如雨後春筍般的出現，工業技術的發展極大地擴大和增強了人的體能，使人們從繁重的體力勞動解脫出來。隨著技術的發展，人們在蒸汽機以後又經歷了電氣時代並向自動化時代邁進。
20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學技術的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領處理著人們手頭上數以萬計的各種信息，使人們從汪洋大海般的數字、信息中解放出來，使用計算機和自動裝置可以使人們在繁雜的生產工序面前變得輕松省力，它們准確地調整、控制著生產程序，使產品規格精確。但是，自動控制裝置是按人們制定的固定程序進行工作的，這就使它的控制能力具有很大的局限性。自動裝置對外界缺乏分析和進行靈活反應的能力，如果發生任何意外的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發生意外事故，這就是自動裝置本身所具有的嚴重缺點。要克服這種缺點，無非是使機器各部件之間，機器與環境之間能夠「通訊」，也就是使自動控制裝置具有適應內外環境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術中就要解決如何接受、轉換。利用和控制信息的問題。因此，信息的利用和控制就成為工業技術發展的一個主要矛盾。如何解決這個矛盾呢？生物界給人類提供了有益的啟示。
人類要從生物系統中獲得啟示，首先需要研究生物和技術裝置是否存在著共同的特性。1940年出現的調節理論，將生物與機器在一般意義上進行對比。到1944年，一些科學家已經明確了機器和生物體內的通訊、自動控制與統計力學等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎上，1947年，一個新的學科——控制論產生了。
控制論（Cybernetics)是從希臘文而來，原意是「掌舵人」。按照控制論的創始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是「關於在動物和機器中控制和通訊」的科學。雖然這個定義過於簡單，僅僅是維納關於控制論經典著作的副題，但它直截了當地把人們對生物和機器的認識聯系在了一起。
控制論的基本觀點認為，動物（尤其是人）與機器（包括各種通訊、控制、計算的自動化裝置）之間有一定的共體，也就是在它們具備的控制系統內有某些共同的規律。根據控制論研究表明，各種控制系統的控制過程都包含有信息的傳遞、變換與加工過程。控制系統工作的正常，取決於信息運 行過程的正常。所謂控制系統是指由被控制的對象及各種控制元件、部件、線路有機地結合成有一定控制功能的整體。從信息的觀點來看，控制系統就是一部信息通道的網路或體系。機器與生物體內的控制系統有許多共同之處，於是人們對生物自動系統產生了極大的興趣，並且採用物理學的、數學的甚至是技術的模型對生物系統開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯系生物學與工程技術的理論基礎。成為溝通生物系統與技術系統的橋梁。
生物體和機器之間確實有很明顯的相似之處，這些相似之處可以表現在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到復雜的器官系統（如神經系統）都存在著各種調節和自動控制的生理過程。我們可以把生物體看成是一種具有特殊能力的機器，和其它機器的不同就在於生物體還有適應外界環境和自我繁殖的能力。也可以把生物體比作一個自動化的工廠，它的各項功能都遵循著力學的定律；它的各種結構協調地進行工作；它們能對一定的信號和刺激作出定量的反應，而且能像自動控制一樣，藉助於專門的反饋聯系組織以自我控制的方式進行自我調節。例如我們身體內恆定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內復雜的自控制系統進行調節的結果。控制論的產生和發展，為生物系統與技術系統的連接架起了橋梁，使許多工程人員自覺地向生物系統去尋求新的設計思想和原理。於是出現了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學家在共同合作的工程技術領域中獲得成果，就主動學習生物科學知識。
[編輯本段]【仿生學的誕生】
隨著生產的需要和科學技術的發展，從20世紀50年代以來，人們已經認識到生物系統是開辟新技術的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創造發明的源泉。人們用化學、物理學、數學以及技術模型對生物系統開展著深入的研究，促進了生物學的極大發展，對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想，而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創造新的工程技術設備。生物學開始跨入各行各業技術革新和技術革命的行列，而且首先在自動控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。於是生物學和工程技術學科結合在一起，互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學。
作為一門獨立的學科，仿生學正式誕生於1960年9月。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是「分析生物系統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工系統的設計上去嗎？」斯梯爾為新興的科學命名為「Bionics」，希臘文的意思代表著研究生命系統功能的科學，1963年我國將「Bionics」譯為「仿生學」。斯梯爾把仿生學定義為「模仿生物原理來建造技術系統，或者使人造技術系統具有或類似於生物特徵的科學」。簡言之，仿生學就是模仿生物的科學。確切地說，仿生學是研究生物系統的結構、特質、功能、能量轉換、信息控制等各種優異的特徵，並把它們應用到技術系統，改善已有的技術工程設備，並創造出新的工藝過程、建築構型、自動化裝置等技術系統的綜合性科學。從生物學的角度來說，仿生學屬於「應用生物學」的一個分支；從工程技術方面來看，仿生學根據對生物系統的研究，為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物系統的技術系統，為人類造福。
[編輯本段]【研究方法與內容】
仿生學是生物學、數學和工程技術學相互滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。第一屆仿生學會議為仿生學確定了一個有趣而形象的標志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵「積分」在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也概括表達了仿生學的研究途徑。
仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理，並把它模式化，然後應用這些原理去設計和製造新的技術設備。
仿生學的主要研究方法就是提出模型，進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：
首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術要求有益的內容，取消與生產技術要求無關的因素，得到一個生物模型；第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析，並使其內在的聯系抽象化，用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型；最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復，才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果，使最終建成的機器設備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。
仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學的整體來看，它把生物看成是一個能與內外環境進行聯系和控制的復雜系統。它的任務就是研究復雜系統內各部分之間的相互關系以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特徵就是生物的自我更新和自我復制，它們與外界的聯系是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量，才能進行生長和繁殖；生物從環境中接受信息，不斷地調整和綜合，才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一，局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激（輸入信息）之間的定量關系，即著重於數量關系的統一性，才能進行模擬。為達到此目的，採用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學的研究方法必須著重於整體。
仿生學的研究內容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優異的結構和功能供各行業來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內，仿生學的研究得到迅速的發展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建築仿生、化學仿生等。隨著現代工程技術的發展，學科分支繁多，在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學的研究；航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航；工程建築對生物力學的模擬；無線電技術部門對於人神經細胞、感覺器宮和神經網路的模擬；計算機技術對於腦的模擬似及人工智慧的研究等。在第一屆仿生學會議上發表的比較典型的課題有：「人造神經元有什麼特點」、「設計生物計算機中的問題」、「用機器識別圖像」、「學習的機器」等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經元、神經系統的整體作用。以後在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現新的分支，如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。
總之，仿生學的研究內容，從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處於一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來，同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下，使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變；在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養，加速科學的發展。因此，仿生學的科研顯示出無窮的生命力，它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。
[編輯本段]【仿生學研究范圍】
仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。
◇力學仿生，是研究並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，建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築，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後，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，是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、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製成的「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路的工作原理，研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上，並在此基礎上構造出新型計算機。
模仿人類學習過程，製造出一種稱為「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。
某些文獻中，把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生，而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。
仿生學的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要，另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究，大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。
控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程，都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術科學的理論出發，為生物行為尋求解釋。
最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節，而是要理解生物系統的工作原理，以實現特定功能為中心目的。—般認為，在仿生學研究中存在下列三個相關的方面：生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎，後者是目的，而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。
由於生物系統的復雜性，搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期，而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作，這是限制仿生學發展速度的主要原因。
[編輯本段]【仿生學的例子】
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」，它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器官的結構和功能，仿製成一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上，將引導出來的神經電信號經電子線路放大後，送給分析器；分析器一經發現氣味物質的信號，便能發出警報。這種儀器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。
這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光，其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼，有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。
在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為「冷光。」在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且發出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現，螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素，後來又分離出了熒光酶，接著，又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源，不會產生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
現在，人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電，僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚，統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究， 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形，位於尾部脊椎兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體，位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由於電板很多，產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，義大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏特電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發電器官，那麼，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
在自然界中，水母，早在5億多年前，它們就已經在海水裡生活了。「但是，水母跟順風耳又有什麼關系呢？」人們肯定會問這樣一個問題．因為，水母在風暴來臨之前，就會成群結隊地游向大海，就預示風暴既將來臨.但是，這又與「順風耳」有什麼關系呢？原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波（頻率為8～13赫），是風暴來臨之前的預告．這種次聲波，人耳是聽不到的，而對水母來說卻是易如反掌．科學家經過研究發現，水母的耳朵里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石．
科學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官．
技能訓練長頸鹿與宇航員失重現象
長頸鹿之所以能將血液通過長長的頸輸送到頭部，是由於長頸鹿的血壓很高。據測定，長頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什麼不會使長頸鹿患腦溢血而死亡呢？這與長頸鹿身體的結構有關。首先，長頸鹿血管周圍的肌肉非常發達，能壓縮血管，控制血流量；同時長頸鹿腿部及全身的皮膚和筋膜綳得很緊，利於下肢的血液向上迴流。科學家由此受到啟示，在訓練宇航員對，設置一種特殊器械，讓宇航員利用這種器械每天鍛煉幾小時，以防止宇航員血管周圍肌肉退化；在宇宙飛船升空時，科學家根據長頸鹿利用緊綳的皮膚可控制血管壓力的原理，研製了飛行服——「抗荷服」。抗荷服上安有充氣裝置，隨著飛船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的氣體，從而對血管產生一定的壓力，使宇航員的血壓保持正常。同時，宇航員腹部以下部位是套入抽去空氣的密封裝置中的，這樣可以減小宇航員腿部的血壓，利於身體上部的血液向下肢輸送。
蛋殼與薄殼建築
蛋殼呈拱形，跨度大，包括許多力學原理。雖然它只有2 mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建築學家模仿它進行了薄殼建築設計。這類建築有許多優點：用料少，跨度大，堅固耐用。薄殼建築也並非都是拱形，舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。
-- 結構構件
對於構件，在截面面積相同的情況下，把材料盡可能放到遠離中和軸的位置上，是有效的截面形狀。有趣的是，在自然界許多動植物的組織中也體現了這個結論。例如：「疾風知勁草」，許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構，其截面是空心的。支持人承重和運動的骨骼，其截面上密實的骨質分布在四周，而柔軟的骨髓充滿內腔。在建築結構中常被採用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結構、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。

⑻ 仿生學的發明50字

【仿生學】
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。

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。

仿生學（bionics）在具有生命之意的希臘語bion上，加上有工程技術涵義的ics而組成的詞。大約從1960年才開始使用。生物具有的功能迄今比任何人工製造的機械都優越得多，仿生學就是要在旦缺工程上實現並有效地應用生物功能的一門學科。例如關於信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經功能）、自動控制系統等，這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了很大啟發。可舉出的仿生學例子，如將海豚的體形或皮膚結構（游泳時能使身體表面不產生紊流）應用到潛艇設計原理上。仿生學也被認為是與控制論有密切關系的一門學科，而控制論主要是將生命現象和機械原理加以比較，進行研究和解釋的一門學科。

蒼蠅，是細菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是「天然導航儀」，人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這模睜辯種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上，實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」，由30O0多隻小眼組成，人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件，它的用途很多。

自然界形形色色的生物，都有著怎樣的奇異本領？它們的種種本領，給了人類哪些啟發？模仿這些本領，人類又可以造出什麼樣的機器？這里要介紹的一門新興科學——仿生學。

仿生學是指模仿生物建造技術裝置的科學，它是在本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，並將這些原理移植於工程技術之中，發明性能優越的儀器、早鋒裝置和機器，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，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。

【連接生物與技術的橋梁】

自從瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年發明蒸汽機以後，人們在生產斗爭中獲得了強大的動力。在工業技術方面基本上解決了能量的轉換、控制和利用等問題，從而引起了第一次工業革命，各式各樣的機器如雨後春筍般的出現，工業技術的發展極大地擴大和增強了人的體能，使人們從繁重的體力勞動解脫出來。隨著技術的發展，人們在蒸汽機以後又經歷了電氣時代並向自動化時代邁進。

20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學技術的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領處理著人們手頭上數以萬計的各種信息，使人們從汪洋大海般的數字、信息中解放出來，使用計算機和自動裝置可以使人們在繁雜的生產工序面前變得輕松省力，它們准確地調整、控制著生產程序，使產品規格精確。但是，自動控制裝置是按人們制定的固定程序進行工作的，這就使它的控制能力具有很大的局限性。自動裝置對外界缺乏分析和進行靈活反應的能力，如果發生任何意外的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發生意外事故，這就是自動裝置本身所具有的嚴重缺點。要克服這種缺點，無非是使機器各部件之間，機器與環境之間能夠「通訊」，也就是使自動控制裝置具有適應內外環境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術中就要解決如何接受、轉換。利用和控制信息的問題。因此，信息的利用和控制就成為工業技術發展的一個主要矛盾。如何解決這個矛盾呢？生物界給人類提供了有益的啟示。

人類要從生物系統中獲得啟示，首先需要研究生物和技術裝置是否存在著共同的特性。1940年出現的調節理論，將生物與機器在一般意義上進行對比。到1944年，一些科學家已經明確了機器和生物體內的通訊、自動控制與統計力學等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎上，1947年，一個新的學科——控制論產生了。

控制論（Cybernetics)是從希臘文而來，原意是「掌舵人」。按照控制論的創始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是「關於在動物和機器中控制和通訊」的科學。雖然這個定義過於簡單，僅僅是維納關於控制論經典著作的副題，但它直截了當地把人們對生物和機器的認識聯系在了一起。

控制論的基本觀點認為，動物（尤其是人）與機器（包括各種通訊、控制、計算的自動化裝置）之間有一定的共體，也就是在它們具備的控制系統內有某些共同的規律。根據控制論研究表明，各種控制系統的控制過程都包含有信息的傳遞、變換與加工過程。控制系統工作的正常，取決於信息運 行過程的正常。所謂控制系統是指由被控制的對象及各種控制元件、部件、線路有機地結合成有一定控制功能的整體。從信息的觀點來看，控制系統就是一部信息通道的網路或體系。機器與生物體內的控制系統有許多共同之處，於是人們對生物自動系統產生了極大的興趣，並且採用物理學的、數學的甚至是技術的模型對生物系統開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯系生物學與工程技術的理論基礎。成為溝通生物系統與技術系統的橋梁。

生物體和機器之間確實有很明顯的相似之處，這些相似之處可以表現在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到復雜的器官系統（如神經系統）都存在著各種調節和自動控制的生理過程。我們可以把生物體看成是一種具有特殊能力的機器，和其它機器的不同就在於生物體還有適應外界環境和自我繁殖的能力。也可以把生物體比作一個自動化的工廠，它的各項功能都遵循著力學的定律；它的各種結構協調地進行工作；它們能對一定的信號和刺激作出定量的反應，而且能像自動控制一樣，藉助於專門的反饋聯系組織以自我控制的方式進行自我調節。例如我們身體內恆定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內復雜的自控制系統進行調節的結果。控制論的產生和發展，為生物系統與技術系統的連接架起了橋梁，使許多工程人員自覺地向生物系統去尋求新的設計思想和原理。於是出現了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學家在共同合作的工程技術領域中獲得成果，就主動學習生物科學知識。

【仿生學的誕生】

隨著生產的需要和科學技術的發展，從20世紀50年代以來，人們已經認識到生物系統是開辟新技術的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創造發明的源泉。人們用化學、物理學、數學以及技術模型對生物系統開展著深入的研究，促進了生物學的極大發展，對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想，而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創造新的工程技術設備。生物學開始跨入各行各業技術革新和技術革命的行列，而且首先在自動控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。於是生物學和工程技術學科結合在一起，互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學。

作為一門獨立的學科，仿生學正式誕生於1960年9月。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是「分析生物系統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工系統的設計上去嗎？」斯梯爾為新興的科學命名為「Bionics」，希臘文的意思代表著研究生命系統功能的科學，1963年我國將「Bionics」譯為「仿生學」。斯梯爾把仿生學定義為「模仿生物原理來建造技術系統，或者使人造技術系統具有或類似於生物特徵的科學」。簡言之，仿生學就是模仿生物的科學。確切地說，仿生學是研究生物系統的結構、特質、功能、能量轉換、信息控制等各種優異的特徵，並把它們應用到技術系統，改善已有的技術工程設備，並創造出新的工藝過程、建築構型、自動化裝置等技術系統的綜合性科學。從生物學的角度來說，仿生學屬於「應用生物學」的一個分支；從工程技術方面來看，仿生學根據對生物系統的研究，為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物系統的技術系統，為人類造福。

【仿生學的研究方法與內容】

仿生學是生物學、數學和工程技術學相互滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。第一屆仿生學會議為仿生學確定了一個有趣而形象的標志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵「積分」在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也概括表達了仿生學的研究途徑。

仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理，並把它模式化，然後應用這些原理去設計和製造新的技術設備。

仿生學的主要研究方法就是提出模型，進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：

首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術要求有益的內容，取消與生產技術要求無關的因素，得到一個生物模型；第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析，並使其內在的聯系抽象化，用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型；最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復，才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果，使最終建成的機器設備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。

仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學的整體來看，它把生物看成是一個能與內外環境進行聯系和控制的復雜系統。它的任務就是研究復雜系統內各部分之間的相互關系以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特徵就是生物的自我更新和自我復制，它們與外界的聯系是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量，才能進行生長和繁殖；生物從環境中接受信息，不斷地調整和綜合，才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一，局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激（輸入信息）之間的定量關系，即著重於數量關系的統一性，才能進行模擬。為達到此目的，採用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學的研究方法必須著重於整體。

仿生學的研究內容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優異的結構和功能供各行業來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內，仿生學的研究得到迅速的發展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建築仿生、化學仿生等。隨著現代工程技術的發展，學科分支繁多，在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學的研究；航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航；工程建築對生物力學的模擬；無線電技術部門對於人神經細胞、感覺器宮和神經網路的模擬；計算機技術對於腦的模擬似及人工智慧的研究等。在第一屆仿生學會議上發表的比較典型的課題有：「人造神經元有什麼特點」、「設計生物計算機中的問題」、「用機器識別圖像」、「學習的機器」等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經元、神經系統的整體作用。以後在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現新的分支，如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。

總之，仿生學的研究內容，從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處於一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來，同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下，使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變；在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養，加速科學的發展。閃此，仿生學的科研顯示出無窮的生命力，它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。

【仿生學的研究范圍】

仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

◇力學仿生，是研究並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，建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築，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後，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，是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、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製成的「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路的工作原理，研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上，並在此基礎上構造出新型計算機。

模仿人類學習過程，製造出一種稱為「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。

某些文獻中，把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生，而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。

仿生學的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要，另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究，大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。

控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程，都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術科學的理論出發，為生物行為尋求解釋。

最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節，而是要理解生物系統的工作原理，以實現特定功能為中心目的。—般認為，在仿生學研究中存在下列三個相關的方面：生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎，後者是目的，而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

由於生物系統的復雜性，搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期，而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作，這是限制仿生學發展速度的主要原因。

【仿生學的現象】

蒼蠅與宇宙飛船

令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。

蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」，它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。

每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。

仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能，仿製成一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上，將引導出來的神經電信號經電子線路放大後，送給分析器；分析器一經發現氣味物質的信號，便能發出警報。這種儀器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。

這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。

從螢火蟲到人工冷光

自從人類發明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光，其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼，有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。

在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為「冷光」。

在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且發出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。

科學家研究發現，螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把化學能轉變成光能的過程。

早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素，後來又分離出了熒光酶，接著，又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源，不會產生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

現在，人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。

電魚與伏特電池

自然界中有許多生物都能產生電，僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚，統稱為「電魚」。

各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。

電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究， 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形，位於尾部脊椎兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體，位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由於電板很多，產生的電壓就很大了。

電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，義大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發電器官，那麼，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。

水母的順風耳

「燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預示著風暴即將來臨。

水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就游向大海避難去了。

原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就刺激球壁上的神經感受器，於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。

仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前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。

-- 結構構件
對於構件，在截面面積相同的情況下，把材料盡可能放到遠離中和軸的位置上，是有效的截面形狀。有趣的是，在自然界許多動植物的組織中也體現了這個結論。例如：「疾風知勁草」，許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構，其截面是空心的。支持人承重和運動的骨骼，其截面上密實的骨質分布在四周，而柔軟的骨髓充滿內腔。在建築結構中常被採用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑梁以及折板結構、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。
-- 斑馬
斑馬生活在非洲大陸，外形與一般的馬沒有什麼兩樣，它們身上的條紋是為適應生存環境而衍化出來的保護色。在所有斑馬中，細斑馬長得最大最美。它的肩高140-160厘米，耳朵又圓又大，條紋細密且多。斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共外，以抵禦天敵。人類將斑馬條紋應用到軍事上是一個是很成功仿生學例子。。

補充（ 最新發展）：
仿生學與遺傳學的整合是系統生物工程（systems bio-engineering）的理念，也就是發展遺傳工程的仿生學。人工基因重組、轉基因技術是自然重組、基因轉移的模仿，還天然葯物分子、生物高分子的人工合成是分子水平的仿生，人工神經元、神經網路、細胞自動機是細胞系統水平的仿生，跟隨單基因遺傳學、單基因轉移發展到多基因系統調控研究的系統遺傳學（system genetics）、多基因轉基因的合成生物學（synthetic biology），以及納米生物技術（nano-biotechnology）、生物計算（bio - computation、DNA計算機技術的系統生物工程發展，仿生學已經全面發展到一個從分子、細胞到器官的人工生物系統（artificial biosystem）開發的時代。

⑼ 誰發明PLC

美國數字化設備公司發明了PLC。

1969年，美國數字化設備公司研製出第一台可編程式控制制器（PDP－14）.

PLC用軟體代替大量握滲的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬體，接線可減少到繼電器控制系統的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。

(9)發明設計自動化裝置擴展閱讀：

1、可靠性高。由於PLC大都採用單片微型計算機，因而集成度高，段基脊再加上相應的保護電路及自診斷功能，提高了系統的可靠性。

2、編程容易。PLC的編程多採用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數量比微型機指令要少得多，除中，高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由於梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機專業知識，就可進行編程。

3、組態靈活。由於PLC採用積木式結構，用戶只鋒敬需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統的功能和規模，因此，可適用於任何控制系統。

4、輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優點之一，是針對不同的現場信號(如直流或交流、開關量、數字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應的模板可與工業現場的器件(如按鈕、開關、感測電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接，並通過匯流排與CPU主板連接。

⑽ 簡述自動化的發展歷程

自動化技術的發展歷史，大致可以劃分為自動化技術形成、局部自動化和綜合自動化三個時期。

社會的需要是自動化技術發展的動力。

自動化技術是緊密圍繞著生產、軍事設備的控制以及航空航天工業的需要而形成和發展起來的。

1788年，J.瓦特為了解決工首旁廳業生產中提出的蒸汽機的速度控制問題，把離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速調節系統，使蒸汽機變為既安全又實用的動力裝置。

瓦特的這項發明開創了自動調節裝置的研究和應用。

在解決隨之出現的自動調節裝置的穩定性的過程中，數學家提出了判定系統穩定性的判據，積累了設計和使用自動調節器的經驗。

20世紀40年代是自動化技術和理論形成的關鍵時期，一批科學家為了解決軍事上提出的火炮控制、魚雷導航、飛機導航等技術問題，逐步形成了以分析和設計單變數控制系統者隱為主要內容的經典控制理論與方法。

機械、電氣和電子技術的發展為生產自動化提供了技術手段。

1946年，美國福特公司的機械工程師D.S.哈德首先提出用自動化一詞來描述生產過程的自動操作。

1947年建立第一個生產自動化研究部門。

1952年J.迪博爾德第一本以自動化命名的《自動化》一書出版,他認為「自動化是分析、組織和控制生產過程的手段「。

實際上,自動化是將自動控制用於生產過程的結果。

50年代以後，自動控製作為提高生產率的一種重要手段開始推廣應用。

它在機械製造中的應用形成了機械製造自動化；在石油、化工、冶金等連續生產過程中應用，對大規模的生產設備進行控制和管理，形成了過程自動化。

電子計算機的推廣和應用，使自動控制與信息處理相結合，出現了業務管理自動化。

50年代末到60年代初，大量的工程實踐，尤其是航天技術的發展，涉及大量的多輸入多輸出系統的最優控制問題，用經典的控制啟沒理論已難於解決，於是產生了以極大值原理、動態規劃和狀態空間法等為核心的現代控制理論。

現代控制理論提供了滿足發射第一顆人造衛星的控制手段，保證了其後的若干空間計劃（如導彈的制導、航天器的控制）的實施。

控制工作者從過去那種只依據傳遞函數來考慮控制系統的輸入輸出關系，過渡到用狀態空間法來考慮系統內部結構，是控制工作者對控制系統規律認識的一個飛躍。

60年代中期以後，現代控制理論在自動化中的應用，特別是在航空航天領域的應用。

產生一些新的控制方法和結構,如自適應和隨機控制、系統辨識、微分對策、分布參數系統等。

與此同時，模式識別和人工智慧也發展起來，出現了智能機器人和專家系統。

現代控制理論和電子計算機在工業生產中的應用，使生產過程式控制制和管理向綜合最優化發展。

70年代中期，自動化的應用開始面向大規模、復雜的系統，如大型電力系統、交通運輸系統、鋼鐵聯合企業、國民經濟系統等，它不僅要求對現有系統進行最優控制和管理，而且還要對未來系統進行最優籌劃和設計，運用現代控制理論方法已不能取得應有的成效，於是出現了大系統理論與方法。

80年代初，隨著計算機網路的迅速發展，管理自動化取得較大進步，出現了管理信息系統、辦公自動化、決策支持系統。

與此同時，人類開始綜合利用感測技術、通信技術、計算機、系統控制和人工智慧等新技術和新方法來解決所面臨的工廠自動化、辦公自動化、醫療自動化、農業自動化以及各種復雜的社會經濟問題。

研製出柔性製造系統、決策支持系統、智能機器人和專家系統等高級自動化系統。

自動化技術的發展歷史是一部人類以自己的聰明才智延伸和擴展器官功能的歷史，自動化是現代科學技術和現代工業的結晶，它的發展充分體現了科學技術的綜合作用。