仿生感知与先进机器人课程报告(1)

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1、仿生感知与先进机器人技术课程报告HarbinInstituteofTechnology仿生感知与先进机器人技术课程报告(1)报告题目：仿生学及仿生机械学发展动态院系：机电工程学院班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学机电工程学院仿生感知与先进机器人技术课程报告报告(1)内容与要求1.写一篇仿生学及仿生机械学发展动态的报告。2.报告内容应当包括：什么是仿生学、仿生机械学；国内外仿生机械学研究进展；对这门课程的认识与建议。3.要求3000字以上，A4纸打印并以班为单位提交电子文档。一、仿生学、仿生机械学介绍1、仿生学（1）起源很久以前人们就发现，一些关于植物和

2、动物的相类似的功能，实际上是超越了人类自身的在此方面的技术设计方案的。植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。为了在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能，仿生学出现了。“仿生学”一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”的组合命名的。（2）定义仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、

3、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。不可否认，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。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能防止身体表面产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论

4、主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。（3）研究范围仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。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

5、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；仿生感知与先进机器人技术课程报告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。

6、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2、仿生机械学（1）起源仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化。（2）定义如果把传统的机械称之为一般机械的话，仿生机械应该是指添加有人类智能的一类机械。在物理和机械机能方面，一般机械要比人类的能力要强许多，但在智能方面却比人类要低劣的多。因此，若把人、机结合起来，就有可能使一般机械进化为仿生机械。从这一角度出发，可以

7、认为仿生机械应该是既具有像生物的运动器官一样精密的条件，又具有优异的智能系统，可以进行巧妙的控制，执行复杂的动作。由此可以这样定义：仿生机械学是模仿生物的形态、结构和控制原理而设计制造功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械的学科。由于能制造出在结构、功能、材料、控制、能耗等诸方面相对更加合理的机械系统，仿生机械学正越来越受到重视。（3）研究动向①生物材料力学和机械力学以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。另外，生物的形态研究也

8、是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形