1國內外研究現狀與分析

國內對于仿生學的研究目前主要還是處于一個較為初期的階段，主要是在機械仿生學和化學仿生學方面開展研究。研究的重心還是針對觀察到的生物界的某種生物的特殊能力進行機理分析和模仿。這類例子很多，從陸生動物到水生動物再到飛禽，從兩棲動物到爬行動物再到哺乳動物，人們都成功地對各類動物的特有能力進行了機理分析并通過模仿獲得這些特殊功能的機理制造出能為人類服務的各類產品，并在實踐中得到應用而造福人類。

例如，人們模仿蝙蝠的回聲定位功能發明了雷達，模仿蜻蜓的特殊飛行本領發明了空中懸停飛機，模仿壁虎的垂直和倒立爬行機理發明了能完成夾縫清理和戶外高樓墻壁清理的爬行機器人，模仿白蟻的巢穴設計了冬暖夏涼的節能建筑。相對國內而言，國外對于仿生學的研究的領域更寬泛一些。在計算仿生學方面取得了一些成果。例如，模仿螞蟻的找食行為提出了蟻群算法，利用收獲蟻的找食行為模式發現了其與互聯網協議的高度相似性。另外，一些學者在經濟和管理領域也引入了仿生學原理。例如，通過隱喻和類比的方法，將企業或是人類生產活動隱喻或是類比為某種生物的某種特定行為，然后通過學習生物的行為模式來改善企業的管理模式和人類生產活動的模式。

2擬開發的仿生創新設計方法

然而，文獻檢索發現關于如何將仿生原理用于設計方法的相關研究還很少。與人類相比，其他生物的智力相對較低，可是生物卻能利用其有限的思維能力完成人類用復雜計算機系統都無法完成的設計工作。例如，蜜蜂、螞蟻和很多鳥類能夠設計出結構合理、外形精美和用料環保的巢穴，可是它們是如何做到的呢？多年來，人類已經行成了一種固定的認識、感知和思維模式，并且倔強地認為這種思維模式是唯一正確和高效的。然而，事實并非如此，其他生物有其特殊的生理結構，他們獲取和處理信息的模式與人類完全不同。他們的設計方法也與人類不同。因此，我們應該首先分析清楚其他生物獲取和處理信息的方法，特別是它們與人類的不同點，人類可以向它們學習從中得到靈感。最終，努力構造一種基于以上新的獲取信息和處理信息的模式構造一種新的設計方法，以改善傳統的設計方法的單一性和刻板化。

在很多國際大公司，例如波音和微軟，他們的設計產品設計過程是有明顯的階層特點（Hierarchy），任務層層下放，大系統不斷分割，每一組完成某一特定模塊的設計工作，最后各個組的工作通過接口連接在一起。傳統設計方法已經廣泛為人們所接受，形成了習慣思維和思維定式，很少有人再去考慮是不是有其他設計方法和設計組織形式。然而，自然界中除人類以外的其他生命雖然智力都不如人類，但是它們也經過千百萬年的進化而得以生存下來，它們進化出了它們特有的生存模式和生存本領。現代設計方法可以從其他生物的生存方式和行為模式中獲取設計靈感，開發出全新的設計方法，該設計方法重點在于通過類比或是隱喻方法將需要設計的產品的功能與生物完成的某項任務的過程相對應，模仿生物完成任務的模式來設計產品。下面分別介紹該方法的目標、內容、關鍵問題、研究方法、技術路線和可行性。

1）仿生創新設計的目標

通過學習和模仿生物的行為模式來設計出新產品造福人類。新的設計方法具有簡潔、綠色、環保和可持發展的特點。

2）仿生創新設計的研究內容

確定需要完成的某項任務，例如，需要在渾濁的水域尋找目標。尋找具有類似功能的生物體原形，例如，鯰魚或是墨魚的捕食動作。對選定的生物體原形的完成任務的模式和組織過程進行全面分析。運用類比方法，模仿生物的行為模式，給出設計方案。將新的設計方法應用到實際設計中，發揮其效用。

3）擬解決的關鍵問題

如何建立正確的生物模型以準備描述生物的行為模式，模型中要包括生物的信息傳遞模式、能量傳遞模式和機械運動模式。如何利用關鍵問題1得到的生物行為模式信息來構建新的更簡潔、環保和符合可持續發展要求的設計方案。

4）擬采用的研究方法

通過對生物某種行為特性的深入分析，運用三維動畫軟件模擬生物的行為特征。運用MATLAB軟件構建生物行為特征的數學模型。運用比對現有設計方法，開發出新的基于仿生原理的設計方法。

5）擬采用的技術路線

6）可行性分析

仿生學正式提出是在本世紀的60年代，經過50余年的發展已經涉及到很多領域，并在一些領域發揮了作用。形成了建筑仿生學、機械仿生學、化學仿生學和管理仿生學等多個分支。以上研究成果都為我們開展仿生設計方法的研究提供了借鑒和基礎理論。相信通過進一步深入分析生物行為特型，并結合過去前人的研究經驗，以及生物35億年進化的成果，我們勢必能從這無比豐富的寶庫中找到一種區別于傳統設計方法的新方法。

3結論

基于生物行為特征，通過對生物行為特征的分析，獲取其信息、能量和運動等方面的特性，再通過對生物行為的模擬，形成較為固定的基于仿生學原理的新型設計方法，為設計出更為綠色更符合可持續發展要求的產品提供借鑒。

作者：周祖鵬 莫秋云 蔣占四 單位：桂林電子科技大學機電工程學院