第一课 仿生学绪论（1课时）
很高兴大家选学了这门仿生学。所谓发明物中来，就是要我们从生物体中找到更加适应自然环境的多种技巧，这些技巧的研究已经发展成为了一门学科就是仿生学。今天我们来大概了解这门学科的发展历史，以及和我们生活的联系。
生物体经过了千万年的进化，身体的各个方面都更加适应了各种环境。比如变色龙的多变体色，苍耳的带刺果实。也许生物体的直接使用价值并不是很高，但是它们适应环境取得生存的方法确实令人叹为观止的。
教师：你知道我们生活中的那些工具是来源人们的仿生么？ 学生讨论回答
一、古人对生物的模仿
从远古时期开始，人们不断的创造工具，征服自然，很多的工具就是对生物体身上得到启示的。
通过课件逐个展示多个图片来引导学生了解古时以来人们模仿生物获得的成功：
1.鱼与船的图片——人们在鱼的启示下发明船；
便携式计算机2.锯齿状丝茅草叶与锯子的图片——鲁班在带齿的丝茅草叶的启示下发明锯；
3.熊、虎、鸟、鹿、猿与打拳的人的图片——华佗依据熊沉缓、虎刚健、鸟活跃、鹿温顺、猿轻灵的特性，在前 人医疗体育“引导术”的基础上，编创了一套行之有效的“五禽 戏”。
4.飞翔的鸟与飞机的图片——《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”；早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。
以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生的前驱，也是仿生学的萌芽。
引言：人类仿生的行为虽然早有雏型，但是在20世纪40年代以前，人们并没有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。科学家对于生物学的研究也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的依赖于他们卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，进行着人工发明。他们很少有意识向生物界学习。但是，以下几个事实可以说明：人们在技术上遇到的某些难题，生物界早在千百万年前就曾出现，而且在进化过程中就已解决了，然而人类却没有从生物界得到应有的启示。
二、没有仿生的艰辛
石块或铅块
动词大全压载水舱
浮箱交替充水和排水
1、在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。当工程技术人员在设计原始的潜艇时，是先用石块或铅块装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面，就将携带的石块或铅块扔掉，使艇身回到水面来。以后经过改进，在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设放气阀，下面设注水阀，当水舱灌满海水时，艇身重量增加使可它潜入水中。需要紧急下潜时，还有速潜水舱，待艇身潜入水中后，再把速潜水舱内的海水排出。如果一部分压载水舱充水，另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态。潜艇要起浮时，将压缩空气通入水舱排出海水，艇身重量减轻后就可以上浮。如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮。
但是后来发现鱼类的沉浮系统比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中气体含量，促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统，对于潜艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。
2、另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践，终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进，30年后人们制造的飞机不论在速度、高度和距
离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当费机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在三亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓的翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就可以避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！
三、仿生学的诞生
1.诞生时间cricket——1960年9月
2.英文名称——Bionics
3.确切定义——仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。 简言之，仿生学就是模仿生物的科学。
四、仿生学的内容与发展
inherit1. 仿生学的任务——要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理
去设计和制造新的技术设备。
2. 仿生学研究的基本方法
实物模型
应用工程技术实践
生产实际提出的具体问题，简化提取有益部分
使生物内在的联系抽象化，用数学的语言描述
仿生中有创新。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚至超过生物原型的能力。
6. 仿生学发展方向
•航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；
•航天部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物定位与导航研究；
•工程建筑对生物力学的模拟；
tnt是什么意思•无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器官和神经网络的模拟；
•计算机技术对于脑的模拟以及人工智能的研究等。
•医学开发研究生物的生存能力与人体保健
五、我们生活中的仿生学
✓尼龙搭扣的发明——据说：瑞士发明家乔治喜欢带狗外出散步，有一回散步回家发现自己裤腿上和狗身上都被粘满了一种草籽，而且粘在裤腿上。狗毛上很牢，要花一定力气拉下。
于是乔治运用他敏锐的观察力，用放大镜观察该草籽，发现草籽的纤维与狗毛牢牢地交叉粘在一起，这不是可以发明一个搭扣吗？
✓坚固的鸡蛋你能捏碎么？——拱凸表面的耐压能力升高，据此有了薄壳建筑。
✓
✓仿生机器鱼
研究人员发现，按照通常的机械动力学原理，仅靠肌肉力量，鱼类很难获取现有的速度和灵活性。初步认为，鱼在游动中形成了一定的涡流，它所产生的反作用力有助于提高游动的效率。这些研究，对于研制能耗低、活动范围广的新型水下机械设备可能产生深远的影响。
✓仿生视网膜
美国南加利福尼亚大学的研究人员在会上介绍说，他们研制的仿生视网膜薄片面积仅为４乘５毫米，相当于人眼正常视网膜的约三分之一。它由硅酮和铂材料制成，上面有１６个电极，植入后可附着在天然视网膜上，其工作原理是用电信号刺激患者还未完全丧失功能的视网膜细胞，将视觉信息通过视神经传递给大脑，从而部分恢复视力。
小结halftime
仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。
tan第二课 生物化学方向的仿生应用（一）
alstom生物体是一个天然的、规模巨大的“化学工厂”。这个天然的“化学工厂”里面存在着无穷无尽的奥妙，等待着我们去发掘和利用，这就是仿生学在化学领域中面临着的一个艰巨任务。但由于任务面广、量大，且非常艰巨，所以对于化学仿生，目前研究得比较多的，仅局限在以下几个方面：
第一方面，仿天然物质、天然结构
（是利用人工的方法，按照天然物质的结构形式，合成许多重要的物质，如生物碱、维生素、激素和抗生素、蛋白质，甚至核酸片段；
或者对天然物质的部分结构加以改造，合成更有生物活性的物质，如按照某些蛾类性剂的结构，合成一种可以消灭害虫的农药；
或者模仿天然物质所组成的结构，人工合成物质后组成人工的结构。）evoque
1、胰岛素的人工合成
（我国的成就时间、胰岛素的性质与功能、提取胰岛素的困难、人工合成原理）
（1）人工合成胰岛素的历程：
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1963年底，美国Katsoyannis实验室宣布他们已合成具胰岛素活性的物质。
1964年前后，德国Zahn实验室宣布自己完成了胰岛素的全合成。
1965年9月17日，我国科学家初次得到人工牛胰岛素结晶。
国家"九五"重点攻关项目,通化东宝于1995年开始研制开发基因重组人胰岛素,先后投资近2亿元,于 1998年研制出中国第一支基因重组人胰岛素,拥有自主独立的知识产权,并申请了国际专利。
（临床试验成功后,产品于2 001年开始打入国际市场,并逐步得到国际市场的认可和好评,已与俄罗斯、埃及、印度等十几个国家和地区签定出口或合作合同。据介绍,公司规划到2005年实现基因重组人胰岛素冻干粉生产能力达到5000公斤,2008年达到1000 0公斤,实现占国际市场份额40亿美元(2001年统计)20%的目标。）
