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全球十大未來必要的科技發明(仿生學)4

仿生學

仿生學是指從生物學向工程學的延伸,也指工程學向生物學的拓展。因此,仿生學具有兩種不同的觀點。在醫學領域,仿生學意味著透過機械形式更換或增強身體器官,仿生學灌輸不同於簡單的模擬器官功能的修復手術,它要超過這種治療手段;在科學技術領域,仿生學引用了模擬生物學適應環境的特殊技術,比如:船身外殼模擬了海豚的厚面板,模擬蝙蝠回聲定位法實現醫學超聲波成像。這將如何實現呢?這項技術已發展許多年,然而仍處於初級階段。目前已生產出許多仿生學裝置。科技仿生學設計包括:維可牢(一種尼龍刺粘搭鏈的商標)和貓眼。醫學仿生學設計包括:人造心臟和耳蝸植入(耳蝸:內耳的螺旋形內腔)。

全球十大未來必要的科技發明(仿生學)4

科技發展到今天,其理論僅僅對認識和改造物質世界有效,人工製造的機械大都是功能單一,即便是高等級的機器人也僅僅是實現幾種功能。迄今為止,自然界生物具有的功能比任何人工製造的機械都優越得多。仿生學就是要在工程上實現並有效地模仿生物功能的一門學科。英文詞仿生學(bionices)用於研究生物系統,在具有生命之意的希臘語言bion上,加上有工程技術涵義的ices而組成的詞語,大約從1960年才開始使用。

全球十大未來必要的科技發明(仿生學)4

很多領域都涉及到仿生學,如機器人的研究涉及到很多學科,但叫作機器人本身就是仿生學的概念。如果我們按照自然科學的思維邏輯,人就是一臺完美的機器,人體器官機械功能效率高,協調配合極好,如肺的呼吸功能,心臟的血液迴圈功能等;人是一座完美的化工廠;人還是一臺效能優異的計算機;人體結構完美、材料需求與力學效能配合極佳、消化、分解、吸收等等,醫學正在試圖認識和理解這些功能和其背後的機理。僅靠五穀雜糧就能維持幾十年甚至上百年的生命,這就是自然界生物的奧妙。

很可惜,人類對自身或其他動物功能認識的還很少,能有效模仿出的功能更少,仿生學需要進一步加強研究。例如關於資訊接受(感覺功能)、資訊傳遞(神經功能)、自動控制(靈敏反應)系統等,這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了研究人員很大啟發。可舉出的仿生學例子很多,如將海豚的體形或面板結構(游泳時能使身體表面不產生紊流)應用到潛艇設計原理上。仿生學也被認為是與控制論有密切關係的一門學科。

全球十大未來必要的科技發明(仿生學)4

模擬(Simulation)是利用模型復現實際系統中發生的本質過程,透過對系統模型的實驗來研究存在的或設計中的系統,又稱模擬。模擬的過程包括建立模擬模型和進行模擬實驗兩個主要步驟。即使用研究物件模型將特定於某一具體層次的不確定性轉化為它們對目標的影響(模型包括物理的和數學的,靜態的和動態的,連續的和離散的各種模型),該影響是在研究物件整體的層次上實現的。例如在實驗室中建立水利模型,進行水力學方面的研究。

模擬技術是高技術領域中的關鍵技術之一,也是計算機應用的一個重要領域。模擬技術是一門綜合性學科,已廣泛應用於航空、航天、通訊、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物、醫學等領域,也包括社會、經濟、生態、管理等系統,其重要性已廣為人知。當所研究的領域或系統造價昂貴、實驗的危險性大、或需要很長的時間才能得知系統引數變化所引起的後果時,模擬是一種特別有效的研究手段。

全球十大未來必要的科技發明(仿生學)4

模擬學是在模擬技術隨需求發展,出自對系統的研究,透過用系統模型對真實系統或設計中的系統進行試驗,以達到分析、研究和設計該系統的目的,提出了大量共同性的理論、方法和技術問題,從而逐步形成的一門獨立的學科。模擬的重要工具是計算機,計算機能力提高了,有能力去模擬更復雜的系統,模擬技術水平也隨之提高。

分類: 健康
時間: 2022-01-18

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