综上所述,仿生学是一座可以沟通、连接不同学科、实现共赢的桥梁;仿生学是播种机,是原始创新的源泉和种子 。
2. 国内仿生学的主要研究有哪些?与国外相比,国内仿生学研究的重点有哪些异同?
文章插图
中国仿生学研究源远流长,“道法自然”是中国哲学的核心内涵之一 。
中国当代仿生学研究始于1950年代 。中国科学院生物物理研究所进行了很多开创性的探索,可惜在文革期间中断了 。1990年代,陈炳聪院士、任禄全院士在仿生防粘连方面进行了开创性的工作,实现了技术成果的转移和商业化应用 。
中国科学院、北京航空航天大学蒋磊院士在表面疏水-亲水、疏油-亲油研究领域具有世界一流水平,形成了具有中国特色的理论体系和指导原则,技术成果已也得到了很好的应用 。
进入21世纪以来,国内仿生学研究队伍迅速壮大,研究水平也有了很大提高 。
与国外研究相比,中国仿生学研究的主力军在工程领域,存在工程需求和问题 。如果根据生物研究的文献进行应用研究,优点是可以快速解决工程问题,缺点是对生物的作用机理了解不够深入,经常有怀疑仿生学的仿生学 。
近年来,生命科学研究领域的学者们一直在关注仿生学研究,如成都生物研究所的唐业忠教授等,中国科学院动物研究所的学者们也在积极关注仿生学研究 。参与相关研究 。
国外研究团队中有很多生物学家,典型代表是德国 。比如,在“荷叶效应”中,生物学家就起到了很好的推动作用 。在美国,军方大力推动了此类研究,如壁虎类粘附机制和粘附材料的研究 。动物运动控制的研究具有很强的军事背景 。
3. 您的研究包括运动仿生学,涉及揭示动物运动的机制、感觉控制和行为规律 。这个过程中的关键技术是什么?
动物运动仿生学是一种系统技术 。从最终产品的形成来看,很多环节都非常重要 。从机理上看,仿生粘附运动需要爬行运动机构,而不是常见的直立运动机构 。如何保证仿壁虎机器人的脚与运动面形成有效的锁定(产生附着力),机器人如何感知附着和接触的状态,感知自身的重力角,并学会掌握相应的运动模式等等,这些都是仿壁虎 。机器人成功的核心因素 。
4. 你研究过什么生物?您为研究对象选择了哪些因素?对生物进行研究的手段是什么?
南航仿生学自成立以来,开展了以下研究:壁虎和鸽子的运动控制,壁虎、树蛙和各种昆虫的粘附和接触运动学,十余种昆虫鞘翅的展开和闭合规律,昆虫鞘翅的结构、泡沫金属的制备和性能、几十片叶子的微观结构和疏水性关系等 。
研究动物的选择基于实际的工业需求:
针对爬墙机器人的反恐需求,我们选择了巨型壁虎进行研究和仿生,因为壁虎可以在各种表面上快速移动,是最合适的选择;
针对复杂空间飞行侦察的需要,结合卫星飞行器续航时间短的问题,我们研究了鸽子的运动控制问题,因为鸽子适合驯化,也是典型的飞行动物;
针对航空航天对轻质结构的需求,我们研究了鞘翅、骨骼等生物的轻质结构和材料特性;
针对工程对超大表面的需求,开展泡沫金属的多功能应用研究 。
对生物对象的研究方法因研究需要而异 。在运动仿生学方面,我们将传统的行为研究方法与力学测量方法、电荷测量方法、实际接触面积测量方法相结合,建立系统的研究方法并开发相应的设备;在神经控制方面,我们建立了一种新的模型动物脑立体定位方法,研制了脑立体定位仪 。我们研究了壁虎的大脑图谱,探索了壁虎和鸽子运动的空间编码区域,并采用切片、染色等方法确定了壁虎和鸽子的运动行为与大脑区域的关系 。此外,
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