曾軼 長沙市長郡中學(xué)

仿生學(xué)這門學(xué)科兼具生物與技術(shù)的學(xué)科可以實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換控制、能量控制、生物結(jié)構(gòu)特征模仿的功能，將仿生學(xué)原理應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計中，可以為機(jī)械設(shè)計賦予新的生命，提供新的設(shè)計思路與設(shè)計方案。隨著各類仿生機(jī)械產(chǎn)品的誕生，仿生學(xué)也開始受到機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的廣泛重視，相關(guān)的專家與學(xué)者在這一方面投入了大量的精力，取得了豐碩的成果。

1 仿生學(xué)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用內(nèi)容

1.1 功能特征仿生

在自然的發(fā)展歷程中，各類生物為了適應(yīng)周邊環(huán)境的變化，形成了特有的功能屬性，這是機(jī)械仿生設(shè)計中關(guān)注的重點問題。從目前的機(jī)械設(shè)計實例來看，不僅有生物外形仿生，也有生理特性的仿生，且在這兩個方面，都取得了豐碩的生活，功能特征仿生的應(yīng)用讓機(jī)械設(shè)計不再拘泥于傳統(tǒng)的模型，更加具有靈活性。

1.2 組織結(jié)構(gòu)的仿生

組織結(jié)構(gòu)的仿生是對生物科學(xué)的深層次應(yīng)用，從微觀角度上實現(xiàn)了自然與人之間的和諧發(fā)展，在目前的機(jī)械仿生設(shè)計領(lǐng)域中，材料方面的應(yīng)用成效更加顯著，為生產(chǎn)與發(fā)展帶來了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。此外，分級結(jié)構(gòu)設(shè)計以及機(jī)械微組裝的發(fā)展也取得了一定的成效。

以非光滑表面仿生設(shè)計為例，為了減少機(jī)械材料的磨損度，人們一直在致力于找尋新型耐磨材料，在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計中，多應(yīng)用硬化技術(shù)來提高耐磨度，當(dāng)時這無法從本質(zhì)上解決磨損問題，借助于仿生學(xué)原理，便可以有效提高耐磨性能，這里應(yīng)用到的原理是借鑒了粘濕土壤中動物的生物特征，這些動物體表有著幾何非光滑的特征，在運動時，不會產(chǎn)生較大的摩擦力，減少阻力，提高體表耐磨度，借助于這一原理，可以有效提高材料的耐磨性。，

1.3 信息控制的仿生

在信息時代到來之后，人們的信息控制、傳遞要求也更高，這也可以借鑒生物的進(jìn)化過程，在機(jī)械仿生設(shè)計中，可以將生物信息獲取方式與信息管理設(shè)備結(jié)合起來，不僅可以提高生產(chǎn)質(zhì)量，也可以有效提高生產(chǎn)效率。

1.4 運動特征的仿生

運動體系的規(guī)劃也屬于機(jī)械設(shè)計的重點與難點部分，因此，在機(jī)械仿生設(shè)計領(lǐng)域中，生物運動特征仿生，也是一個重點環(huán)節(jié)。通過相應(yīng)的仿生，可以對機(jī)械設(shè)計進(jìn)行細(xì)節(jié)化與板塊化處理，找到機(jī)械設(shè)計與生物運動系統(tǒng)調(diào)節(jié)、生物運動方式的結(jié)合點，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展。

2 仿生學(xué)原理在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用分析

從目前機(jī)械設(shè)計的發(fā)展趨勢來看，仿生學(xué)的應(yīng)用也更加廣泛化、多元化，相關(guān)的技術(shù)也逐步開始智能、全面，其典型的應(yīng)用包括幾個方面:

2.1 半步行輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)

半步行輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)是地面工作機(jī)械的常用結(jié)構(gòu)，這是根據(jù)水牛耕地現(xiàn)象仿生學(xué)原理設(shè)計出來的新技術(shù)，借助于半浮式理論，將機(jī)械運動中的浮、沉、驅(qū)動、滑行有機(jī)結(jié)合起來，解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中驅(qū)動與承重并存的問題，適宜應(yīng)用松軟土壤與水田中。在目前機(jī)械仿生設(shè)計的研究中，也推出了多種驅(qū)動動力大、滾動阻力小的新型設(shè)備，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供了有效的技術(shù)支持?？偠灾?，仿生學(xué)原理的應(yīng)用加快了機(jī)械行業(yè)的改革步伐，實現(xiàn)了設(shè)備的便利化與實效性應(yīng)用。

2.2 人工智能機(jī)器人

人工智能即研究人類智能活動規(guī)律，創(chuàng)設(shè)智能人工系統(tǒng)，探討出將計算機(jī)替代人類智力行為的操作方式，使計算機(jī)可以根據(jù)人類思維方式和行為方式來處理相關(guān)的事物。人工智能在我們的生活中十分常見，近年來，越來越多的家庭都安裝了智能家居系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的應(yīng)用可以提供主動式、人性化的服務(wù)，在外出時，人們可以利用手機(jī)操作來開關(guān)電視機(jī)、音響、空調(diào)；在回到家中時，可以提前對系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)節(jié)好室內(nèi)光線，打開電視、空調(diào)，還能完成自動煮飯等功能。利用人工智能，還能夠推出智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為學(xué)習(xí)者提供在線個性化的服務(wù)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣、偏好深度來建立知識庫，解答學(xué)習(xí)中遇到的問題，并建立起學(xué)習(xí)社群，順利達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。人工智能技術(shù)是腦與認(rèn)知科技術(shù)的應(yīng)用和轉(zhuǎn)變，是社會發(fā)展的必由之路，從這一角度而言，人工智能是現(xiàn)階段信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展核心，也是認(rèn)知科學(xué)、腦科學(xué)與信息科學(xué)發(fā)展的交叉產(chǎn)物。

3 結(jié)束語

仿生學(xué)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用無疑為其注入了新的血液，使得相應(yīng)的生產(chǎn)工作很好契合了人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，這既是科技創(chuàng)新的必要，更是維持機(jī)械設(shè)計行業(yè)強(qiáng)大生命力的重要途徑。仿生學(xué)作為一種具有很高應(yīng)用優(yōu)越性的機(jī)械設(shè)計手段，也必然會有更大的發(fā)展應(yīng)用空間。

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