什么是仿生学?

[拼音]：fangshengxue

[外文]：bionics

模仿生物系统的原理建造技术系统，使技术系统具有类似生物系统特征的一门技术科学。英文bionics（仿生学）一词来源于希腊文，原意是具有生命方式的性质。仿生学研究生命系统的结构、功能和机理，并将它们移植到工程技术中来，从而发明性能优异的技术装置，创造新技术。

20世纪40年代美国数学家N.维纳和墨西哥生理学家A.罗森布卢埃特经过长期的实验研究，建立了生命系统与技术系统之间的联系。维纳还详细研究了信息和反馈，把灵敏自动机与生命机体进行类比，抓住动物和机器中通信和控制的本质，建立了控制论。50年代初又出现生物控制论。人们开始从理论上认识到生命系统对开辟新技术的重要意义。生物学家和工程师将来自生物界的知识用于创造新的技术装置或改善原有设备的性能，首先在军事部门中航空、航海和自动控制等领域取得成功。从生物学的角度来看，仿生学属于应用生物学的一个分支。从工程技术方面来看，仿生学是根据生物系统的结构、功能和机理，为设计和创造新的技术装置提供新原理、新方法和新途径。仿生学也为人工智能和模式识别提供了新思想。

仿生学的研究内容十分广泛。研究范围包括电子仿生、机械仿生、化学仿生、建筑仿生等。随着工程技术的发展，在仿生学中开展了相应的对口技术仿生的研究。如航空航天对动物飞行的研究，建筑工程对生物力学的模拟，传感技术对动物感觉器官的分析和模拟，计算机技术对人脑的模拟，控制工程对生命有机体自适应机制的探索，康复工程对生物电控制的研究等。以后又出现人体仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等分支学科。

仿生学的研究方法的基本特点是系统的整体性。它把生命系统看作是一个开放系统，与内外环境有着物质、能量和信息的联系。生命有机体最基本的特征是自我更新和自我复制。生命有机体要从环境中不断获取物质和能量，才能进行生长和繁殖。要不断从内外环境中接受信息，进行复杂的调节和控制，才能适应和进化。长期的进化过程使生命有机体获得结构和功能的高度统一。面对复杂的生命系统，仿生学往往从研究生命有机体整体系统对外界刺激（输入信息）引起的反应（输出信息）之间的定量关系着手来建立模型。仿生学的主要研究方法是功能模拟法,一般是先建立模型,再进行模拟。仿生学的研究程序分为三个阶段。

（1）研究生物原型：根据生产中提出的技术问题，有选择地研究生命有机体的某些结构和功能，将所得生物资料进行提炼，吸取其中对技术有益的内容，得到一个简化的生物模型。

（2）建立数学模型：对生物模型提供的资料进行数学分析，进一步抽象化，用数学语言把生物模型翻译成数学模型。

（3）构造实物模型：根据数学模型，用电子、机械或化学方法构造实物模型，并进行工程实验。在生物模拟的过程中，一般不是单纯的仿生，而是在仿生中进一步创造，因此最后制成的技术装置往往与生物原型不同，甚至在某些性能上超过生物原型。