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1、仿生机械仿生机械(Bionics Design) 仿生机械仿生机械是模仿生物的是模仿生物的形态、结构和控制原理设计制形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。研究并具有生物特征的机械。研究仿生机械的学科称为仿生机械仿生机械的学科称为仿生机械学，它是学，它是20世纪世纪60年代末期由年代末期由生物学、生物力学、医学、机生物学、生物力学、医学、机械工程、控制论和电子技术等械工程、控制论和电子技术等学科相互渗透、结合而形成的学科相互渗透、结合而形成的一门边缘学科。一门边缘学科。仿生机械仿生机械研究的主要领域有生物力学、控制体研究的主要领域有生
2、物力学、控制体和机器人。把生物系统中可能应用的优越结构和和机器人。把生物系统中可能应用的优越结构和物理学的特性结合使用，人类就可能得到在某些物理学的特性结合使用，人类就可能得到在某些性能上比自然界形成的体系更为完善的仿生机械。性能上比自然界形成的体系更为完善的仿生机械。The main research fields bionic machine have biomechanics, control body and robot. The possible application in biological systems of the superior structure and the c
3、haracteristics of physics with use, human beings are likely to get in some performance than nature of the formation of the system more perfect bionic machine.机械领域机械领域(Mechanical Fields) 仿生机械研究的主要领域仿生机械研究的主要领域有生物力学、控制体和机器人。有生物力学、控制体和机器人。生物力学研究生命的力学现象生物力学研究生命的力学现象和规律，包括生体材料力学和和规律，包括生体材料力学和生体流体力学，生体机械力
4、学生体流体力学，生体机械力学和生体流体力学。控制体和机和生体流体力学。控制体和机器人是根据从生物了解到的知器人是根据从生物了解到的知识建造的工程技术系统。其中识建造的工程技术系统。其中用人脑控制的称为控制体用人脑控制的称为控制体(如肌如肌电假手、装具电假手、装具)；用计算机控制；用计算机控制的称为机器人。仿生机械学的的称为机器人。仿生机械学的主要研究课题有拟人型机械手、主要研究课题有拟人型机械手、步行机、假肢以及模仿鸟类、步行机、假肢以及模仿鸟类、昆虫和鱼类等生物的各种机械。昆虫和鱼类等生物的各种机械。 拟人型机械手拟人型机械手(Personification type manipulator
5、) 拟人型机械手拟人型机械手 各种动物的前肢从外形和功能上看虽然各种动物的前肢从外形和功能上看虽然不尽相同，但它们的内部构造却基本一致。两栖类、爬行不尽相同，但它们的内部构造却基本一致。两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类动物的前肢骨骼都是由肱骨、前臂骨、类、鸟类和哺乳类动物的前肢骨骼都是由肱骨、前臂骨、腕骨和指骨组成的。人的上肢具有较高的操作性、灵活性腕骨和指骨组成的。人的上肢具有较高的操作性、灵活性和适应性，机械手正朝着与人上肢功能接近的方向发展。和适应性，机械手正朝着与人上肢功能接近的方向发展。人的一个上肢有人的一个上肢有32块骨骼，由块骨骼，由50多条肌肉驱动，由肩关节、多条肌肉驱动，由肩关节
6、、肘关节、腕关节构成肘关节、腕关节构成27个空间自由度。肩和肘关节构成个空间自由度。肩和肘关节构成4个自由度，以确定手心的位置。腕关节有个自由度，以确定手心的位置。腕关节有3个自由度，以个自由度，以确定手心的姿态。手由肩、肘、腕确定位置和姿态后确定手心的姿态。手由肩、肘、腕确定位置和姿态后,为为了掌握物体作各种精巧、复杂的动作了掌握物体作各种精巧、复杂的动作,还要靠多关节的五还要靠多关节的五指和柔软的手掌。手指由指和柔软的手掌。手指由26块骨骼构成块骨骼构成20个自由度，因此个自由度，因此手指可作各种精巧操作。手指可作各种精巧操作。 步行机步行机(walking machine ) 步行机步行
7、机 为了提高移动机械对环境的适应性，扩大人类为了提高移动机械对环境的适应性，扩大人类在海底、在海底、 北极、矿区、北极、矿区、 星球和沼泽等崎岖不平地面的活星球和沼泽等崎岖不平地面的活动空间，需要研究模拟生物的步行机构。动物的运动多是动空间，需要研究模拟生物的步行机构。动物的运动多是通过多关节足来实现的。因此，动物足的形态、机能、运通过多关节足来实现的。因此，动物足的形态、机能、运动和姿体稳定控制等是研究步行机的关键。人和鸟类是两动和姿体稳定控制等是研究步行机的关键。人和鸟类是两足，青蛙、乌龟、犬、马是四足，昆虫是六足，而蟹和蜘足，青蛙、乌龟、犬、马是四足，昆虫是六足，而蟹和蜘蛛是八足，蜈蚣是
8、多足。足的个数直接影响姿体的稳定。蛛是八足，蜈蚣是多足。足的个数直接影响姿体的稳定。六足以上的动物着地至少用三足。由于姿体重心通过足的六足以上的动物着地至少用三足。由于姿体重心通过足的三点构成平面，静态是稳定的。三点构成平面，静态是稳定的。假肢假肢(artificial limb) 分为上肢假肢和下肢假肢。上肢比下肢精巧灵活分为上肢假肢和下肢假肢。上肢比下肢精巧灵活,结构结构也较复杂也较复杂,一般要求假手的外形、构造与人手相近。随着一般要求假手的外形、构造与人手相近。随着电子技术、生物医学工程的发展，假手已由装饰假手、机电子技术、生物医学工程的发展，假手已由装饰假手、机械牵引假手发展到肌电假手
9、。肌电假手是大脑通过脊髓和械牵引假手发展到肌电假手。肌电假手是大脑通过脊髓和神经系统向有关肌肉发出一组生物电脉冲，利用装在手臂神经系统向有关肌肉发出一组生物电脉冲，利用装在手臂皮肤表面的电极接受指令而驱动假手运动。皮肤表面的电极接受指令而驱动假手运动。 Divided into upper limb prosthesis and lower limb prosthesis. Upper limbs than lower limb exquisite flexible, structure is more complex, general requirement way analogous ap
10、pearance, structure similar to hand.其他仿生机械其他仿生机械(Other Bionics Design) 其他仿生机械其他仿生机械 模仿鸟类、昆虫和鱼类的形态构造特点，研制各种模仿鸟类、昆虫和鱼类的形态构造特点，研制各种适宜在空中、水下活动的机械技术系统，也是仿生机械的内容。自然适宜在空中、水下活动的机械技术系统，也是仿生机械的内容。自然界能飞的动物种类接近全部动物的界能飞的动物种类接近全部动物的3/4，其中占主要地位的有，其中占主要地位的有600多种多种鸟类和鸟类和35万多种昆虫。这些飞行动物为人类改进飞机性能和制造新型万多种昆虫。这些飞行动物为人类改进飞
11、机性能和制造新型飞行器提供了天然的设计原型。鸟类和昆虫的某些特殊机能，如蚊蝇飞行器提供了天然的设计原型。鸟类和昆虫的某些特殊机能，如蚊蝇和蜜蜂等昆虫灵活机动的陡然起飞，翻转翅翼的高频振动，光面悬垂和蜜蜂等昆虫灵活机动的陡然起飞，翻转翅翼的高频振动，光面悬垂和空中定息等，都是现代飞机所做不到的。蜻蜓不仅飞得快，而且飞和空中定息等，都是现代飞机所做不到的。蜻蜓不仅飞得快，而且飞得高，飞得远，是因为它有柔软单薄的翅膀，飞行速度可达得高，飞得远，是因为它有柔软单薄的翅膀，飞行速度可达50公里公里/时。蜻蜓翅膀上的翅痣具有消除飞行中翅膀颤动的特点。根据这个特时。蜻蜓翅膀上的翅痣具有消除飞行中翅膀颤动的特
12、点。根据这个特点，在飞机设计中将飞机类似部分加厚，以克服机翼的颤动现象。此点，在飞机设计中将飞机类似部分加厚，以克服机翼的颤动现象。此外，沙漠蝗、金色鹬的节能飞行等，都是飞行器设计中可资借鉴的。外，沙漠蝗、金色鹬的节能飞行等，都是飞行器设计中可资借鉴的。 根据蝙蝠喉头发出的超声波可在空中导航和它对空中食物定位的原理，根据蝙蝠喉头发出的超声波可在空中导航和它对空中食物定位的原理，人类发明了雷达。根据苍蝇、蜻蜓的复眼原理，人类发明了复印机和人类发明了雷达。根据苍蝇、蜻蜓的复眼原理，人类发明了复印机和印刷机的复眼透镜。根据响尾蛇的颊窝能感觉到印刷机的复眼透镜。根据响尾蛇的颊窝能感觉到 0.001的温度变化的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯；模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的设计了蛤蟆夯；模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬电子警犬”。仿生蜘蛛仿生蜘蛛(Bionic spider)仿生鱼仿生鱼(Bionic Robot Fish )
