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仿生学(Bionics) 下

2020-06-17  点赞707   浏览量:956


连结:仿生学   中

$$(3)$$ 能量仿生:研究与模仿生物体内的生物发光、生物电bioelectricity(发电器官、神经器官、肌肉)、或肌肉直接将化学能转换成机械能等能量转换过程。

光合作用是植物利用叶绿体将太阳能转化为醣类的天然分子机器,仿生科技製造奈米机器人仿生叶绿体,能直接吸收太阳能并转化为粮食。生物细胞中有另种天然分子机器–粒线体,将食物中的能量藉由氧化作用而释放出来。

製造奈米机器人仿生粒线体,用于研究衰老、衰老带来的疾病如心脏病、糖尿病、关节炎、帕金森氏症等,或研究因运动产生的疲劳作为生物奈米医学发展的基础。

人造肌肉是应用改良的电流驱动聚合物(electroactive polymer,EAP),通上电流就能产生动作的塑胶所製出的产品。这种能产生动作的「致动器」(actuator)装置,使人工肌肉只需经由神经刺激改变长度,人造肌肉就可产生力量来眨眼、举物或是骑脚踏车。类比肌肉,也可仿生製造微型电动马达的驱动装置。

加州门洛帕克的史丹佛研究所(SRI International)SRI 已申请专利的电流驱动聚合物EAP技术,製造电子式的人造肌肉材料。应用专利技术製造的新式致动器做出更轻小、更便宜的各式微型电动马达,来取代传统的驱动机制应用于医疗器材、鞋类、玩具、汽车以及电子产品等。

$$(4)$$ 资讯与控制仿生:研究与模拟感觉器官、神经元与神经系统和中枢神经的资讯活动与控制等。

2011 年科学杂誌报导 CoenElemans 的文章 “Superfast Muscles Set Maximum Call Rate in Echolocating Bats” 回声定位蝙蝠利用超高速肌肉产生最快速的呼叫频率,喉头的「超高速肌肉」可以每秒 $$200$$ 次的频率收缩而产生超音波,由鼻子或嘴巴发出超音波,由耳朵收集来自障碍物或猎物的回声,神经系统可分辨回声的强度、频率、方向、时间差而精準的侦测猎物的位置、移动方向、移动速度、体型大小或表面的微细构造。

雷达与声纳皆仿生蝙蝠的回声定位,雷达利用天线发射高能电磁波至空间,再由天线接收空间物体所反射之电磁波,来精準计算接收物的方位、高度、速度与形状,应用于军事、飞机与气象等。声纳(sound navigation and ranging,SONAR)是「声音导航与测距」的英文缩写,利用声波在水中的传播特性,通过声与电的转换和讯息处理,进行探测距离、定位和通信的电子设备。人类仿生的仪器体积硕大,如何学习蝙蝠小小身躯内的精密神经系统控制,是仿生科技的发展重点。

人工内耳(Silicon Cochlea)模拟内耳毛细胞的功能,将声音的震动产生的机械能转换成电能,利用人工电子耳语音处理器的语音处理系统将声音讯号转变成电讯号,再经由适当的电极刺激耳蜗后再传到脑部。

资讯和控制仿生就是模仿神经系统的自动化与智慧控制,研究大脑的记忆和思维过程,与神经科学中神经系统的结构、功能、发育和生理等,由行为与学习等现象来启发人工智慧和智慧机器人的仿生科技。

Business 2.0 Magazine 于 2007 年预测仿生学是未来开创美好新世界的八大科技之一,以「以大自然的方式设计产品」(Product design, nature’s way)为题,提出仿生设计对人类生活的冲击,未来的趋是:有一种新型态的发明家是以地球的奇蹟为师,将它转变成卓越的真实世界产品。

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图五、2007年商业杂誌「以大自然的方式设计产品」预测仿生学是未来开创美好新世界的八大科技之一 图片来源: http://money.cnn.com/magazines/business2/business2_archive/2007/06/01/100050991/

人类是漫长演化中手脑最发达、智慧最高的生物,但在仿生科技的演进过程中,人类必须谦卑地向大自然各种不同领域的生物学习,以启发人类的智慧与灵感。也就是生物多样性的精神,各种生物彼此多元而互容,进而共存而共荣。

参考资料:

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