1 手抄報一：仿生學(xué)基本介紹

仿生學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。

人們研究生物體的結(jié)構(gòu)與功能工作的原理，并根據(jù)這些原明出新的設(shè)備、工具和科技，創(chuàng)造出適用于生產(chǎn)，學(xué)習(xí)和生活的先進技術(shù)。

仿生學(xué)一詞是1960年由美國斯蒂爾根據(jù)拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性質(zhì)’的意思）”構(gòu)成的。這個詞語大約從1961年才開始使用。某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的機械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。例如關(guān)于信息接受（感覺功能）、信息傳遞（神經(jīng)功能）、自動控制系統(tǒng)等，這種生物體的結(jié)構(gòu)與功能在機械設(shè)計方面給了很大啟發(fā)?？膳e出的仿生學(xué)例子，如將海豚的體形或皮膚結(jié)構(gòu)（時能使身體表面不產(chǎn)生紊流）應(yīng)用到潛艇設(shè)計原理上。

又比如，蒼蠅是細菌的傳播者，一般歸類為害蟲，可是蒼蠅的楫翅是天然導(dǎo)航儀。而且，它的眼睛是一種“復(fù)眼”，由3000多只小眼組成，人們模仿它制成了“蠅眼透鏡”?！跋壯弁哥R”是一種新型光學(xué)元件，它的用途很多?！跋壯弁哥R”是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以制成“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(jīng)用于印刷制版和大量復(fù)制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質(zhì)量。

仿生學(xué)也被認為是與控制論有密切關(guān)系的一門學(xué)科，而控制論主要是將生命現(xiàn)象和機械原理加以比較，進行研究和解釋的一門學(xué)科。

自古以來，自然界就是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。種類繁多的生物界經(jīng)過長期的進化過程，使它們能適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。勞動創(chuàng)造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言，在長期的生產(chǎn)實踐中，促進了神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦獲得了高度發(fā)展。因此，人類無與倫比的能力和智慧遠遠超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認識生物界上，而且還運用人類所獨有的思維和設(shè)計能力模仿生物，通過創(chuàng)造性的勞動增加自己的本領(lǐng)。兒在水中有自由來去的本領(lǐng)，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復(fù)的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。設(shè)計和制造了一架撲翼機，這是世界上第一架人造飛行器。

以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認為是人類仿生學(xué)的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。

2 手抄報二：仿生學(xué)歷史沿革

仿生學(xué)是連接生物與技術(shù)的橋梁。

自從瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年發(fā)明蒸汽機以后，人們在生產(chǎn)斗爭中獲得了強大的動力。在工業(yè)技術(shù)方面基本上解決了能量的轉(zhuǎn)換、控制和利用等問題，從而引起了第一次工業(yè)革命，各式各樣的機器如雨后春筍般的出現(xiàn)，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展極大地擴大和增強了人的，使人們從繁重的體力勞動解脫出來。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們在蒸汽機以后又經(jīng)歷了電氣時代并向自動化時代邁進。

20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學(xué)技術(shù)的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領(lǐng)處理著人們手頭上數(shù)以萬計的各種信息，使人們從汪洋大海般的數(shù)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(chǎn)工序面前變得輕松省力，它們準確地調(diào)整、控制著生產(chǎn)程序，使產(chǎn)品規(guī)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(yīng)的能力，如果發(fā)生任何的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發(fā)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(huán)境之間能夠“通訊”，也就是使自動控制裝置具有適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術(shù)中就要解決如何接受、轉(zhuǎn)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(yè)技術(shù)發(fā)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(tǒng)中獲得啟示，首先需要研究生物和技術(shù)裝置是否存在著共同的特性。1940年出現(xiàn)的調(diào)節(jié)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(xué)家已經(jīng)明確了機器和生物體內(nèi)的通訊、自動控制與統(tǒng)計力學(xué)等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎(chǔ)上，1947年，一個新的學(xué)科——控制論產(chǎn)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(chuàng)始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是“關(guān)于在動物和機器中控制和通訊”的科學(xué)。雖然這個定義過于簡單，僅僅是維納關(guān)于控制論經(jīng)典著作的副題，但它直截了當(dāng)?shù)匕讶藗儗ι锖蜋C器的認識聯(lián)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(tǒng)內(nèi)有某些共同的規(guī)律。根據(jù)控制論研究表明，各種控制系統(tǒng)的控制過程都包含有信息的傳遞、變換與加工過程?？刂葡到y(tǒng)工作的正常，取決于信息運 行過程的正常。所謂控制系統(tǒng)是指由被控制的對象及各種控制元件、部件、線路有機地結(jié)合成有一定控制功能的整體。從信息的觀點來看，控制系統(tǒng)就是一部信息通道的網(wǎng)絡(luò)或體系。機器與生物體內(nèi)的控制系統(tǒng)有許多共同之處，于是人們對生物自動系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的興趣，并且采用物理學(xué)的、數(shù)學(xué)的甚至是技術(shù)的模型對生物系統(tǒng)開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯(lián)系生物學(xué)與工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)。成為溝通生物系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)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(xiàn)在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到復(fù)雜的器官系統(tǒng)（如神經(jīng)系統(tǒng)）都存在著各種調(diào)節(jié)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于生物體還有適應(yīng)外界環(huán)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(xué)的定律；它的各種結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)地進行工作；它們能對一定的信號和刺激作出定量的反應(yīng)，而且能像自動控制一樣，借助于專門的反饋聯(lián)系組織以自我控制的方式進行自我調(diào)節(jié)。例如我們身體內(nèi)恒定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內(nèi)復(fù)雜的自控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的結(jié)果?？刂普摰漠a(chǎn)生和發(fā)展，為生物系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)的連接架起了橋梁，使許多工程人員自覺地向生物系統(tǒng)去尋求新的設(shè)計思想和原理。于是出現(xiàn)了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學(xué)家在共同合作的工程技術(shù)領(lǐng)域中獲得成果，就主動學(xué)習(xí)生物科學(xué)知識。