大自然的规律手抄报:仿生学

篇一：TRIZ理论在《大自然启示录》仿生学设计应用

论 文 题 目：

学 号：专 业：

班 级 学 号：

指 导 教 师：

TRIZ理论在《大自然启示录》仿生学设计应用作 者： 余飞 0910100520机械设计制造及其自动化 09机设二班 刘小鹏老师

日期：2010 年 11月 23日

TRIZ理论在《大自然启示录》仿生学设计应用

09机设2班余飞——0910100520

“大自然就是最伟大的学术图书馆，只要掌握了正确的阅读方法，就可以探究其中无穷的奥秘！”

过去的十年里，一种崭新的思维方法正在给未来科技开创新的可能。这种思维方法就是“仿生学”，或称“仿生态学”。将利用大自然作为这一理念的起点，从探索火星的新方式，到设计未来城市的新方法。生命在我们的星球上已经存在了近40亿年，在物竞天择的自然选择中，生命必须解决它所面临的各种难题。当一些科学家建议我们停止再发明新的车轮，学习如何从大自然的启发中寻找灵感；我们甚至还没来得及提问，科学家们就已经发现了这些问题的答案。在三集时长一小时的节目中，大自然里的超级科技，在计算机成像，显微镜扫描等先进技术的帮助下得以呈现。这些来自大自然的启示，也为我们的未来提供了令人惊奇的景象。

曾经，鸟的翅膀带给人类飞翔的灵感与启示；而现代仿生学的真正价值却远不止于此。交通带来的巨大能耗，能源开采及使用中的过度浪费，环保与效率间的无奈抉择……面对现代生活的种种难题，生物体内蕴藏的超级科技，成为大自然带给人们的珍贵启示。

四处乱窜的蟑螂，其每秒移动距离竟高达自身长度的50倍；而令人厌恶的苍蝇，却能够在玻璃等光滑表面进退自如。高倍显微镜下的它们何以如此？又能否给轮胎制造商和汽车工程师提供设计的灵

感？高耸的杉木承载着世界上最庞大的结构，却能抵抗强劲的狂风；看似柔软的睡莲叶子，居然能托起一个熟睡的婴儿。究竟是怎样的构造成就了这些奇迹？而它们又将如何被应用于现代建筑的设计建造中？25,000倍显微镜下的蛾眼，精确扫描建模的白蚁巢穴，被红外传感器跟踪的果蝇……在高度工业化与信息化的时代，人与自然渐行渐远，但现代仿生学正将我们引向全新的未来。

《大自然启示录》这部纪录片聚焦生物在长达40亿年的进化历程中逐渐形成的惊人能力，探索这些罕见奇观背后的超级自然科技。科学家由此获得仿生学机械设计的灵感，并且为我们展望了未来机械的蓝图。

第一集：《运动世界》

绝大多数动物，甚至是一些植物都在以自己独特的方式运动着。在这一集中，我们将看到设计师如何利用他们在大自然中获得的灵感，来设计汽车、飞机甚至是机器人。仿生学绝不只是简单的复制大自然，而是要了解其背后的工作原理，然后在其它领域灵活运用。在这一集中，我们将探讨鲨鱼为什么游得极快，而苍蝇和壁虎如何在光滑的玻璃上爬行，秃鹰如何帮助我们制造新一代的飞机。我们还将看到机器人蟑螂，它看上去有点像科幻小说里的东西；却有可能成为最新交通工具的先行者。

第二集：《材料世界》

早在陶瓷和塑胶诞生之前，大自然就发明了许多高科技材料。这些材料不仅结构复杂性能更好，而且还被充分利用，参与到自然界的建筑活动中。在本集，我们将走进一处规模庞大的美洲杉林，探索大自然如何建造了这种神奇的巨大生物。而它将帮助我们制造更好的防弹背心。在中美洲的森林里，蓝闪蝶将速度降低超过100倍时，其炫目的色彩启发了化妆品公司制造出全新口红。更重要的是，了解这种美的信息，可能给信息技术方面带来全新的变革。

第三集：《生命动力》

大自然处理信息的方式是高效的，借助仿生学视野，它帮助科学家看到全新的未来景象。树叶是大自然的发电站，其主要废品就是氧。现在，科学家们成功制造出一种人工树叶，利用太阳光发电，还可以产生未来的清洁燃料——氢气。在纳米比亚，科学家们用乳胶填充一个三米高的白蚁土堆，将其置于火热的太阳下，每次刨去几毫米的土并进行扫描和拍摄。结果显示了白蚁土堆的首个完整三维模型，它揭示着白蚁如何控制穴内温度、湿度和二氧化碳等一些令人惊奇的神奇科技。借助对蚁穴的认识，人类将建造自己的塔式大楼。

TRIZ理论是由前苏联发明家G. S. Altshuller 创立的一整套发明创新理论。Altshuller及其团队在总结世界上200万份发明专利的基础上，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术问题，

实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。

1.任何一个简单或复杂的技术系统都遵循客观的进化规律（S曲线）和模式（8个基本进化法则），大自然的进化法则向我们完美的诠释了这一理论。

2.各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。

3.技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大数目的功能。 不论是人还是动物、昆虫，我们都在亿万年的进化中向着最节省能量的方式运动发展进化。

在《大自然启示录》里面，仿生已经脱离了创新的范畴，人类在进化的过程中，逐渐成为高智能的生物，并且意识到大自然所存在的无穷无尽的答案和可能！人类的创造始于自我学习与总结，向大自然学习它所拥有的超自然的高科技使我们的生活更加美好。但是学习却并不是意味着照搬一切，模拟鸟类的飞行，并不是要将翅膀做得和鸟一模一样，我们探究鸟类能够翱翔于蓝天的秘密——空气动力学，并加以扩展。

根据理想性观念，我们的目的在于将TRIZ理论系统的有用机能最大化，同时将有害结果最小化。自然界中存在很多奇妙的运动方式，都是生物不断进化的产物，但所有生物有一个共同点，

篇二：第三单元教案

海宁市许巷小学语文集体备课、二次备课资料

第（ 三 ）单元教材解析

假如你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。

——萧伯纳

海宁市许巷小学语文集体备课、二次备课资料

假如你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。

——萧伯纳

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假如你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。

——萧伯纳

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假如你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。

——萧伯纳

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假如你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。

——萧伯纳

篇三：仿生学

探讨仿生原理与创新设计（小二号，黑体）

学□□生：×××（五号，宋体）

□□摘□要：（小四号，黑体）（正文：五号，宋体）

□□关键词：（小四号，黑体） （正文：五号，宋体）

□□那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。

动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。

这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。

一、仿生学（一级标题 顶格书写）（小三号，黑体）

□□ （正文：小四号，宋体）

（一）大自然带来的启发什么是仿生学？

仿生学是由“生物学”和“技术”这两个概念组成的。生物学是研究生命体的科学，因此仿生学是将生物学和工程技术相结合的交叉学科，也可以将仿生学描述为：从大自然中获得灵感，然后用它来发明新技术。那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。

动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。

这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。

（二）仿生学研究的主要内容

力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速；

分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激

素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫；

能量仿生，是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程；

信息与控制仿生，是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上，并在此基础上构造出新型计算机。

二、仿生机械学

仿生机械（bio-simulation machinery），是模仿生物的形态、结构、运动和控制，设计出功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。仿生机械学研究内容主要有功能仿生、结构仿生、材料仿生以及控制仿生等几个方面。

三、 仿生机械学中的注意事项

1、了解仿生对象的具体结构和运动特性：

仿生机械是建立在对模仿生物体的解剖基础上，了解其具体结构，用高速影象系统记录与分析其运动情况，然后运用机械学的设计与分析方法，完成仿生机械的设计过程，是多学科知识的交叉与运用

2、避免“机械式”仿生：

生物的结构与运动特性，只是人们开展仿生创新活动的启示，不能采取照搬式的机械仿生

飞机的发明史经历了从机械式仿生到科学仿生的过程。

机械式的仿生是研究仿生学的大忌之一。

3、注重功能目标，力求结构简单：

生物体的功能与实现这些功能的结构是经过千万年的进化逐渐形成的，有时追求结构仿生的完全一致性是不必要的。

如人的每只手有14个关节，20个自由度，如果完全仿人手结构，会造成结构复杂、控制也困难的局面。所以仿二指和三指的机械手在工程上应用较多。

4、仿生的结果具有多值性：

要选择结构简单、工作可靠、成本低廉、使用寿命长、制造维护方便的仿生机构方案。

5、仿生设计的过程也是创新的过程：

要注意形象思维与抽象思维的结合，注意打破定势思维并运用发散思维解决问题的能力

（一）×××××（二级标题 顶格书写）（四号，黑体）

1、×××××（三级标题 ）（小四号，黑体）

□□ （正文：小四号，宋体）

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五、结束语

□□??

参考文献 （小三号，黑体）

[1] 作者.论文题名.期刊名，出版年，卷（期）：页码A～B

……

（德）马廷·策尔西. 什么是什么：神奇的仿生学.湖北教育出版社,

仿生学原理

仿生学原理

1. 基本原理

生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要模拟生物的结构或功能原理在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。

1960年秋，在美国召开的第一次仿生学会议上，把仿生学定义为：研究生物系统，制作模拟其卓越机能的装置的科学技术领域。今天，仿生学已成为现代技术发明的重要途径之一。“生物原型——新技术的钥匙”这句著名格言，恰当

地描述了现代创造发明的这一重要途径。生物原型成为现代发明的源泉，是有其内在根据的。

从社会需要方面来说，人类虽然凭借自???的智慧创造了各种各样的技术装置，但这些装置不仅日益复杂和昂贵，而且其可靠性和效率也远远不能满足工业、农业、医学，特别是空间技术和军事技术越来越高的要求，这就迫使人们去寻找崭新的技术原理。

从生物自身来说，在亿万年的漫长进化中，通过自然选择，形成许多卓有成效的导航、跟踪、计算、生物合成、能量转换、力学结构、运动机构等系统，其小巧性、灵敏性、快速性、高效性、可靠性和抗干扰性等，使人工创造的所有技术装置都相形见拙。

例如，人脑有100—150亿个神经元，但每小时约有1000个神经元发生障碍，一年之内就差不多有900万个神经元丧失机能。然而，令人惊叹的是，大脑并没有因此而丧失其各种机能。可是，电子计算机却不行，只要其中任何一个元件损坏或发生故障，便会影响整个系统的工作性能。极而言之，在许多方面，电子计算机甚至不及昆虫的区区之脑。螳螂能在0.05秒的一瞬间，计算出飞掠眼前的小昆虫的速度、方向和距离，这是大型电子跟踪系统所望尘莫及的。随着科学技术的发展，自然界中生物系统的这些奇妙功能愈来愈为人们所认识和把握。

2. 应用实例

在科技史上，借助生物获得发明创造的例子不胜枚举。

将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。

响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。

科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。

白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。

美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。

我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。

根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。

青蛙的眼睛——跟踪导弹的“电子蛙眼”；

乌龟壳——小提琴；

企鹅——越野汽车；

蜂鸟——直升飞机；

鱼鳃——人造鱼鳃吸氧剂；

草履虫——带几千只小螺旋桨的潜水艇；

蛇的红外线定位器——夜视镜；

萤火虫——冷光源；

袋鼠——“跳跃式”极地汽车；

云杉——圆锥形电视塔；

蚊子——测向器等。

水母——风暴预警器；

沙蟹——制图机；

鳄鱼眼泪——海水淡化器；

鲸鱼脊背——水下破冰船等等

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a32b.html