仿生學(xué)與仿生技術(shù)

1、仿生學(xué)與仿生技術(shù),Beijing Institute of Technology,,1、仿生學(xué)的產(chǎn)生? 1960年全美第一屆仿生學(xué)討論會(huì)的召開為標(biāo)志；? 由美國(guó)科學(xué)家斯蒂爾提出，定義為Bionics。解釋為： 以模仿生物系統(tǒng)的方式、或是以具有生物系統(tǒng)特征的方式、或是以類似于生物系統(tǒng)方式工作的系統(tǒng)科學(xué)。 2、典型實(shí)例（1）木工的鋸（2）車輪（3）武術(shù)（4）聲納、視覺等,Beijing Institute

2、of Technology,,3、仿生學(xué)研究的范圍? 結(jié)構(gòu)仿生：機(jī)器魚、機(jī)器狗、機(jī)器蛇等,Beijing Institute of Technology,,3、仿生學(xué)研究的范圍? Sony Company,Beijing Institute of Technology,,3、仿生學(xué)研究的范圍? Sony Company,Beijing Institute of Technology,,3、仿生學(xué)研究的范圍? Sony Compa

3、ny,Beijing Institute of Technology,,? 材料仿生 材料仿生即從生物功能的角度來考慮材料的設(shè)計(jì)與制作，通過對(duì)生物體材料構(gòu)造與形成過程的研究及仿生，使材料具有特殊的強(qiáng)度、韌性以及一些類生物特性。如仿生皮膚、人造肌肉以及一些集傳感、控制、驅(qū)動(dòng)三種功能于一身的智能材料。用于機(jī)器人驅(qū)動(dòng)、傳感等領(lǐng)域有: 形狀記憶合金、電致流變流體材料、磁致流變流體材料、電致伸縮材料、磁致伸縮材料、光導(dǎo)纖維和功

4、能凝膠等。,Beijing Institute of Technology,,?功能仿生 功能仿生的目的是使仿生機(jī)械能夠使實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)動(dòng)物豐富的功能, 如思維、感知、運(yùn)動(dòng)及操作等。大腦功能仿生、感知仿生、運(yùn)動(dòng)仿生都是智能機(jī)器人研究的重要內(nèi)容。大腦功能仿生：力求用仿生芯片代替腦部的特定功能區(qū)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行信號(hào)處理, 如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分類、識(shí)別等。這項(xiàng)技術(shù)可用于腦損傷的治療, 也為未來仿生腦的出

5、現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。此外，情態(tài)是大腦思維的重要表現(xiàn), 對(duì)情態(tài)的仿生還將大大提高人機(jī)交互的友好與融洽。,Beijing Institute of Technology,,?功能仿生 感知仿生：感知系統(tǒng)是生物體的信息輸入通道, 對(duì)生物體的行動(dòng)、決策具有重要作用。對(duì)動(dòng)物視覺、聽覺、觸覺等感知功能的研究, 有助于工程問題的解決。主要包括視覺仿生，導(dǎo)航與規(guī)劃能力的仿生；聽覺、觸覺仿生；仿生人造皮膚等。運(yùn)動(dòng)仿生：人們模仿自然界中動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式和相

6、應(yīng)的運(yùn)動(dòng)器官, 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能。迄今為止，機(jī)器人所采用的運(yùn)動(dòng)方式主要有：輪式、履帶式、足式、蠕動(dòng)式、振動(dòng)沖擊式、泳動(dòng)式、飛行式等。,Beijing Institute of Technology,,? 控制仿生 控制仿生包括：高級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)仿生、低級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)仿生、進(jìn)化機(jī)制的仿生。模仿動(dòng)物高級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)理實(shí)現(xiàn)控制的方法主要有兩種：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制；而低級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)仿生體現(xiàn)為行為控制和中心模式發(fā)生器。進(jìn)化機(jī)制的仿生主要是模擬

7、生物界“優(yōu)勝劣汰，適者生存”進(jìn)化法則而產(chǎn)生的遺傳控制算法，它特別適用于非線性復(fù)雜大系統(tǒng)的全局優(yōu)化。,Beijing Institute of Technology,,? 群體仿生 生物社會(huì)行為的仿生系統(tǒng)，建立多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)，研究多機(jī)器人系統(tǒng)中單體機(jī)器人的行為及其與群體的相互作用。,Beijing Institute of Technology,,4、 仿生學(xué)的定義： 仿生學(xué)是生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理

8、學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程技術(shù)學(xué)等多學(xué)科相互滲透、交叉而形成的一門新學(xué)科。它主要研究生物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞，從而來改善現(xiàn)有的機(jī)械、儀器、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過程，為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想及工作原理的科學(xué)。 目前，仿生學(xué)的研究主要集中在感覺器官的模擬、大腦神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬、動(dòng)物定位、導(dǎo)航功能的模擬、生物力學(xué)和生物化學(xué)的模擬等方面。,Beijing Institute of Technology,,5、 研究動(dòng)

9、態(tài) 1）仿生機(jī)器人的研究動(dòng)態(tài).doc2）20041217_sony.mpeg3）20041215_asimo.mpeg,Beijing Institute of Technology,,5、 研究動(dòng)態(tài) 4）chiba1.mpg5）chiba2.mpg6）jump_soft_5-2.mpg,Beijing Institute of Technology,,6、 其他1）吳玉祿