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仿生学的研究方法与内容

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

仿生学的研究方法与内容


仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边

缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志:一个巨

大的积分符号,把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含义不仅显

示出仿生学的组成,而且也概括表达了仿生学的研究途径。

仿生学的任务就是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。

仿生学的主要研究方法就是提出模型,进行模拟。其研究程序大致有以

下三个阶段:

首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题,将研究所得

的生物资料予以简化,吸收对技术要求有益的内容,取消与生产技术要求无

关的因素,得到一个生物模型;第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学

分析,并使其内在的联系抽象化,用数学的语言把生物模型“翻译”成具有

一定意义的数学模型;最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物

模型。当然在生物的模拟过程中,不仅仅是简单的仿生,更重要的是在仿生

中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复,才能使模拟出来的东

西越来越符合生产的需要。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,在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多

方面都超过了鸟类的飞行能力,电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能

力迅速而可靠。

仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点,

就是整体性。从仿生学的整体来看,它把生物看成是一个能与内外环境进行

联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关

系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自


我复制,它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量,

才能进行生长和繁殖;生物从环境中接受信息,不断地调整和综合,才能适

应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一,局部与整体的协

调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激(输入信息)之间的定量关系,

即着重于数量关系的统一性,才能进行模拟。为达到此目的,采用任何局部

的方法都不能获得满意的效果。因此,仿生学的研究方法必须着重于整体。

仿生学的研究内容是极其丰富多彩的,因为生物界本身就包含着成千上

万的种类,它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问

世以来的二十几年内,仿生学的研究得到迅速的发展,且取得了很大的成果。

就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现

代工程技术的发展,学科分支繁多,在仿生学中相应地开展对口的技术仿生

研究。例如:航海部门对水生动物运动的流体力学的研究;航空部门对鸟类、

昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航;工程建筑对生物力学的模拟;无线电

技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟;计算机技术对于脑

的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课

题有:“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机

器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广

泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究,即动物的感觉器

官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究

也随之开展起来,近些年又出现新的分支,如人体的仿生学、分子仿生学和

宇宙仿生学等。

总之,仿生学的研究内容,从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙

仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科

学高度综合和互相交叉、渗透的新时代,仿生学通过模拟的方法把对生命的

研究和实践结合起来,同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它

学科的渗透和影响下,使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变;在内

容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又

是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营

养,加速科学的发展。闪此,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。

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