先進制造技術(shù)機械仿生制造

1、仿生制造技術(shù)課程名稱先進制造技術(shù)學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師完成日期精選文庫目錄一、仿生技術(shù)的發(fā)展概述二、仿生技術(shù)在機械制造的應(yīng)用三、機械仿生四、總結(jié)-2精選文庫仿生制造概述隨著人們對生物體認識的深入，借助于生物的特性與功能的研究，仿生設(shè)計也將會有更加廣闊的前景， 通過研究、學(xué)習(xí)、模仿來復(fù)制和再造某些生物特性和功能，來改進現(xiàn)有的或創(chuàng)造新的機械制造。 將生物系統(tǒng)的優(yōu)異功能運用于新技術(shù)設(shè)備的設(shè)計與制造，或者使機械操作技術(shù)系統(tǒng)具有類似生物系統(tǒng)。 同時也提高人類對自然的適應(yīng)和改造能力，產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。仿生技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用分析對機械制造的進步具有重要意義。一、仿生技術(shù)

2、的發(fā)展概述仿生技術(shù)是一項新的技術(shù)，主要目的是實現(xiàn)特定功能，它是根據(jù)生物體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換與信息傳遞過程， 系統(tǒng)地運用相互交叉和相互滲透的理論知識與技術(shù)手段，它涉及到信息科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)甚至經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科，采用最廣泛地運用類比、模擬和模型方法的模仿科學(xué)。20 世紀仿生技術(shù)研究廣泛應(yīng)用在高科技領(lǐng)域，包括機械、 航天航空等。 仿生科學(xué)的突出成就是計算機技術(shù)發(fā)展推動下出現(xiàn)的各種各樣機器人的設(shè)計制造和應(yīng)用， 這是宏觀仿生技術(shù)指導(dǎo)下取得的成果。越來越多的學(xué)者開始研究仿生技術(shù)， 涉及到機械仿生、 能量仿生、 化學(xué)仿生、信息與控制仿生和食品仿生等諸多領(lǐng)域的研究。機械仿生是由

3、多種學(xué)科相互滲透、結(jié)合而成的一門邊緣學(xué)科。其主要研究領(lǐng)域有生物力學(xué)、控制體和機器人。研究課題包括擬人型機械手，步行機、假肢以及模仿鳥類人的各種機械。仿生技術(shù)在機械制造中得到了廣泛應(yīng)用，在機械制造過程中借助于仿生學(xué)設(shè)計原理，仿照生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)或機能特點，設(shè)計制造用于特殊目的的 “功能器件 ”，開發(fā)現(xiàn)代機械化仿生技術(shù)與仿生裝備研究意義是極其重大的。因此，在機械制造的應(yīng)用中展示出仿生技術(shù)在研究領(lǐng)域中巨大的潛力和無限的魅力。仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)。屬于生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它涉及生物學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)、控制論、 工程學(xué)等學(xué)

4、科領(lǐng)域。 仿生技術(shù)通過對各種生物系統(tǒng)所具有的功能原理和作用機理作為生物模型進行研究，最后實現(xiàn)新的技術(shù)設(shè)計并制造出更好的新型儀器、機械等。生物制造與仿生制造是機械領(lǐng)域與生物領(lǐng)域交叉產(chǎn)生的新領(lǐng)域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法，已提出生物去除加工、生物約束成形、生物生長成形、生物連接成形、生物復(fù)制成形、 生物自組織成形等加工成形方法。仿生制造是模擬生物形體與功能的結(jié)構(gòu)制造，包括仿生材料結(jié)構(gòu)、 仿生表面結(jié)構(gòu)、 仿生運動結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)制造。仿生制造的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜， 利用增材快速原型和傳統(tǒng)機械制造方法效率通常較低，利用生物方式制造方法往往更加簡便和快捷。闡明生物成形方法在仿生微納復(fù)雜形體、結(jié)構(gòu)、功

5、能界面制造上的優(yōu)勢，-3精選文庫表明生物成形技術(shù)在節(jié)能、環(huán)保、微納等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。模仿生物的組織結(jié)構(gòu)和運行模式的制造系統(tǒng)與制造過程稱為“仿生制造 ”它通過模擬生物器官的自組織、自愈、 自增長與自進化等功能， 以迅速響應(yīng)市場需求并保護自然環(huán)境。制造過程與生命過程有很強的相似性。生物體能夠通過諸如自我識別、自我發(fā)展、 自我恢復(fù)和進化等功能使自己適應(yīng)環(huán)境的變化來維持自己的生命并得以發(fā)展和完善。生物體的上述功能是通過傳遞兩種生物信息來實現(xiàn)的：一種為 DNA 類型信息 ,即基因信息 ,它是通過代與代的繼承和進化而先天得到的 ;另一種是 BN 類型信 息 ,是個體在后天通過學(xué)習(xí)獲得的信息。這兩種

6、生物信息協(xié)調(diào)統(tǒng)一使生物體能夠適應(yīng)復(fù)雜的和動態(tài)的生存環(huán)境。生物的細胞分裂、 個體的發(fā)育和種群的繁殖 ,涉及遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和解釋等一系列復(fù)雜的過程,這個過程的實質(zhì)在于按照生物的信息模型準確無誤地復(fù)制出生物個體來。這與人類的制造過程中按數(shù)控程序加工零件或按產(chǎn)品模型制造產(chǎn)品非常相似。制造過程中的幾乎每一個要素或概念都可以在生命現(xiàn)象中找到它的對應(yīng)物。就制造系統(tǒng)而言 ,現(xiàn)在已越來越趨向于大規(guī)模、復(fù)雜化、動態(tài)及高度非線性化。因此，在生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究成果中選取富含對工程技術(shù)有啟發(fā)作用的內(nèi)容，將這些研究成果同制造科學(xué)結(jié)合起來， 建立新的制造模式和研究新的仿生加工方法，將為制造科學(xué)提供新的研究課題并豐富制

7、造科學(xué)的內(nèi)涵。此外，進行與仿生機械相關(guān)的生物力學(xué)原理研究，將昆蟲運動仿生研究與微系統(tǒng)的研究相結(jié)合，并開發(fā)出新型智能仿生機械和結(jié)構(gòu)，將在軍事、 生物醫(yī)學(xué)工程和人工康復(fù)等方面有重要的應(yīng)用前景。研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進化機制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)， 例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計量方法。 機械仿生與仿生制造是機械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、 材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計和制造系統(tǒng)、智能仿生機械和生物成形制造等。目前所做

8、的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點，如果抓住機遇研究下去， 將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。自生長成形工藝， 即在制造過程中模仿生物外形結(jié)構(gòu)的生長過程，使零件結(jié)構(gòu)最外層各處形狀隨其應(yīng)力值與理想狀態(tài)的差距作自適應(yīng)伸縮直至滿意狀態(tài)為止；又如，將組織工程材料與快速成形制造相結(jié)合， 制造生長單元的框架， 在生長單元內(nèi)部注入生長因子，使各生長單元并行生長，以解決與人體的相容性和與個體的適配性及快速生成的需求，實現(xiàn)人體器官的人工制造。 仿生設(shè)計和仿生制造系統(tǒng)，即對先進制造

9、系統(tǒng)采用生物比喻的方法進行研究，以解決先進制造系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。智能仿生機械。 生物成形制造， 如采用生物的方法制造微小復(fù)雜零件，開辟制造新工藝。仿生制造為人類制造開辟了一個新的廣闊領(lǐng)域。人們在 仿生制造 中不僅是師法大自然，而且是開始學(xué)習(xí)與借鑒他們自身內(nèi)秉的組織方式與運行模式。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么， 仿生制造 則是延伸人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進化過程。世紀將是生命科學(xué)的世紀，機械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列

10、難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。 地球上的生物在漫長的進化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。 從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、 自增長與自進化等功能結(jié)構(gòu)和運行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機械-4精選文庫化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么， 仿生制造 則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進化過程。仿生制造所涉及的科學(xué)問題是生物的 自組織 機制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。所謂 自組織 是指一個系統(tǒng)

11、在其內(nèi)在機制的驅(qū)動下，在組織結(jié)構(gòu)和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應(yīng)能力的過程。仿生制造的 自組織 機制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計、制造工藝規(guī)程的自動生成、 生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)條件。仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的遠緣雜交 ，它將對21 世紀的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。 仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面：研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細胞自動機、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運行模式以及生物的進化和趨優(yōu)機制等。研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控

12、制和基于進化機制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)， 例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計量方法。機械仿生與仿生制造是機械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計和制造系統(tǒng)、智能仿生機械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點，如果抓住機遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。二、仿生技術(shù)在機械制造的應(yīng)用仿生技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在外形

13、仿生技術(shù)、 結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)、 功能仿生技術(shù)的應(yīng)用，下面逐個進行闡述。1、外形仿生技術(shù)的應(yīng)用。外形仿生技術(shù)是研究和模擬生物機體外部。目能我國外形仿生技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的研究與開發(fā)水平己處于國際領(lǐng)先水平，尤其是農(nóng)業(yè)機械制造方面。我國著名農(nóng)機專家陳秉聰院士和我國首位仿生技術(shù)領(lǐng)域院士任露泉等多位學(xué)者共同努力下，模擬蛻螂頭前部的外形結(jié)構(gòu)、 泥鰍蠕動行走方式和生物彈性等生物外形特征研制出仿生推土機、仿生鏟斗、仿生犁等仿生農(nóng)機具。隨著人類社會的進步，仿生機械已經(jīng)進入人類各種生活和和工作中。根據(jù)手的外形功能，將杯裝飲料機的機械手設(shè)計成關(guān)節(jié)型多指手機構(gòu)，采用雙曲柄機構(gòu)保證機械手靈活和可靠，在性能上滿足實際應(yīng)用要求

14、。在機械制造中，外形仿生技術(shù)的應(yīng)用，提高了機械的運用效率。2、結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)仿生是通過研究生物肌體的構(gòu)造，然后建立一部分類似生物的機械設(shè)備， 使功能上于生物結(jié)構(gòu)相似。 由于自然界中生物體表組織經(jīng)過千百萬年的進化，依靠了生物體自身生長機制與生存環(huán)境長期作用，使其相成了非常獨特的結(jié)構(gòu)和性能。從生物體表組織獨特的結(jié)構(gòu)和性能獲得結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計理念的啟發(fā)，根據(jù)生物體的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能原理， 研究新機械制造以改造現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)。研究者運用結(jié)構(gòu)特征為機械仿生制造提供了最佳的包括宏觀和微觀的結(jié)構(gòu)原形。例如，蜂巢六角柱狀結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟省料的形體， 飛行器擬蜂巢夾層設(shè)計， 既增加結(jié)構(gòu)強度， 又節(jié)省

15、材料、 減輕重量。仿蜂巢復(fù)合紙板具有特別用處， 吸音、 隔熱、 防潮效果好，它能夠代替木板作高檔貴重物品或易碎商品的包裝， 立面抗壓而重量輕。 結(jié)構(gòu)仿生模仿生物特殊的結(jié)構(gòu)， 是機械制造得到良好的設(shè)計和發(fā)展。3、功能仿生技術(shù)應(yīng)用。功能仿生通過神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官的功能仿生設(shè)計制造出機械工具，使人造的機械具有或能夠部分實現(xiàn)如感知、運動、操作、思維等高級動物豐富的功能。為了研制的六腳機器人彌補輪式拖拉機山路不便行走的缺陷，研究者以螃蟹為生物模型設(shè)計-5精選文庫出了一款具備螃蟹運動的靈活、穩(wěn)定和高效率特性的機器人。這款功能仿生機器人能穩(wěn)定、迅速的到達目標區(qū)域，也是以基因工程、 細胞工程等為標志可輕松的越

16、過障礙和裂縫。此外，仿生精確機械化工具和高度自動化技術(shù)將獲得突破性進展。有學(xué)者就提出了仿生鉆頭的想法，設(shè)計一種仿生鉆頭，希望能夠解決鉆探工作的一些問題，能夠幫助到鉆探工作者解決鉆頭泥包問題。 在運用仿生技術(shù)中， 仿造穿山甲鱗片的鉆頭體表面， 加上仿造穿山甲爪趾的切削齒，這樣的機械設(shè)計可以減粘降阻脫附， 在泥質(zhì)巖中鉆進時可以有效地防止鉆頭泥包現(xiàn)象及提高機械鉆速。 我們還能根據(jù)人體的特點在機械制造中設(shè)計獨特的機器，比如說上肢結(jié)構(gòu)原理， 提出一種上肢仿生機構(gòu)， 進行優(yōu)化設(shè)計和運動學(xué)分析， 為制造出靈巧方便的上肢仿生機構(gòu)提供了理論依據(jù)。三、機械仿生當(dāng)前形勢， 機械仿生設(shè)計無疑正向著多元化發(fā)展，而且也逐

17、步從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計走向了新型的創(chuàng)新設(shè)計。目前， 機械設(shè)計行業(yè)已然建立起了全面的仿生體系，通過對生物科學(xué)的有益吸收，主要實現(xiàn)了以下幾個方而的仿生設(shè)計:1.功能特性仿生在自然界的長期發(fā)展演變中，生物為了更好適應(yīng)周圍環(huán)境的改變，逐漸形成了自身獨有的功能特性。而在機械仿生設(shè)計中，這一點往往能為各方面的工作指引一個新的方向，并使之有效抓住技術(shù)創(chuàng)新的突破口。現(xiàn)今已有的設(shè)計實例中，不僅包括生物特殊外形的仿生、還包括生理特性的一系列應(yīng)用，顯然這些方面技術(shù)創(chuàng)新的研究都取得了相應(yīng)的成果，功能特性的仿生也使 得機械設(shè)計不再拘泥于傳統(tǒng)的模型設(shè)計， 而更多擁有了其靈活 h與實效性。2.運動特征仿生械設(shè)計中， 運動體系的

18、規(guī)劃往往是重點以及難點，同樣， 在機械仿生設(shè)計中，生物運動特征的仿生也必不可少。對于這些生物與生俱來的特點，通過將其板塊化、細節(jié)化，便能從中找出與實際生產(chǎn)工作的良好結(jié)合點，使得相應(yīng)的機械設(shè)計更貼合自然，因而應(yīng)用水平也就隨之提高。目前的運動特征仿生中， 對生 物基本運動方式、運動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等都進行了全面的研究，而實際生活中的一些相關(guān)機械設(shè)備也為生產(chǎn)工作帶來了極大的便利3.組織結(jié)構(gòu)仿生這方面的仿生是結(jié)合生物科學(xué)而進行的深層應(yīng)用，也從微觀角度上實現(xiàn)了人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。在相關(guān)的機械仿生設(shè)計中，其通常在材料生產(chǎn)方面收效較為顯著，因此而推出的一系列仿生材料也良好地適應(yīng)了高強度、高效率的性能需求，為生產(chǎn)發(fā)

19、展帶來了極大的經(jīng)濟效益。而通過對生物內(nèi)部組織機制一些必要性聯(lián)系的分析，機械微組裝、分級結(jié)構(gòu)設(shè)計等也都有了新的發(fā)展方向。4.信息控制仿生隨著信息化時代的到來，人們對于信息的傳遞與控制要求也越來越高， 而在這一方面，生物在不斷進化過程所擁有的一些能力同樣可以借鑒。具體地，在機械仿生設(shè)計中，信息管理設(shè)備 往往能通過生物的一些信息獲取方式、 反饋系統(tǒng)以及自主控制 能力等得到全新的發(fā)展空問，不僅生產(chǎn)質(zhì)量得以有效保證，而且實際效率也隨之大大提高。5.機械仿生設(shè)計主要研究方向仿生機械學(xué)是以力學(xué)或機械學(xué)作為基礎(chǔ)的， 綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工程學(xué)的一門邊緣學(xué)科，它既把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，又把醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的知

20、識應(yīng)用于工程技術(shù)。它包含著對生物現(xiàn)象進行力學(xué)研究， 對生物的運動、 動作進行工程分析， 并把這些成果根據(jù)社會的要求付之實用化。-6精選文庫機械仿生理論與機理研究機械仿生設(shè)計比傳統(tǒng)機械設(shè)計范疇更寬、更廣，從概念設(shè)計到產(chǎn)品開發(fā)要實現(xiàn)與工程仿生學(xué)，包括生命科學(xué)、生物科學(xué)等在內(nèi)的多層次、全方位上的滲透，通過對生物原形機理、機 構(gòu)的研究， 創(chuàng)造和完善仿生機械設(shè)計的全新理論體系，從而為 新型仿生機械產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。在該領(lǐng)域，我國已經(jīng)開展了以工程機械和農(nóng)業(yè)機械為典型的地而機械仿生脫附減阻研究，引起國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。包括生物非光滑脫附減阻、生物體表潤濕性、 生物柔性和生物電與生物潤滑等內(nèi)容，以及

21、與之相對應(yīng)的仿生非光滑脫附減阻、仿生脫附減阻材料、仿生柔性脫附和仿生電滲原理等方而基礎(chǔ)性機理研究，目前形成了比較完善的的生物脫附與機械仿生研究理論體系與方法體系，并且在此基礎(chǔ)上逐步進行規(guī)范和升級。6.計算機輔助仿生設(shè)計計算機輔助設(shè)訊CAD)技術(shù)的吃速發(fā)展使機械形狀、結(jié)構(gòu) 和機構(gòu)的快速演化、 變異與再生成為可能，可以加快機械產(chǎn)品的標準化和系列化設(shè)計進程，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。主要包 括 :優(yōu)化設(shè)計造型、逆向工程與三維建模、動態(tài)模擬與工程仿真、仿生型構(gòu)形系統(tǒng)等。根據(jù)土壤動物柔性非光滑的特征規(guī)律和仿生類比結(jié)果，采用數(shù)值優(yōu)化為仿生柔性非光滑而的尺寸設(shè)計提供了依據(jù)，根據(jù)布爾運算理論， 采用體素拼合造型技

22、術(shù)，對轉(zhuǎn)動和移動復(fù)合柔性進行建模，構(gòu)造出鏈戮圖3a)、布戮圖 3b)仿 生柔性非光滑表而，具有良好的減粘降阻作用。根據(jù)單個牛 蹄角表而，利用直接特征曲線生成曲而法重構(gòu)牛蹄角的三維幾何模緞圖，為逆向工程技術(shù)應(yīng)用到工程仿生領(lǐng)域定量研究動物步行足三維兒何特征及松軟地而仿生步行技術(shù)的發(fā) 展提供了一定的基礎(chǔ)13 。根據(jù)單個穿山甲鱗片建立數(shù)學(xué)模型，并把多個鱗片按一定分布規(guī)律排列，通過調(diào)整參數(shù)可以很好的模擬不同鱗片形狀的非光滑體淑圖，為仿生推土板設(shè)計提供優(yōu)化數(shù)據(jù)。7.機械仿生控制與系統(tǒng)集成典型控制系統(tǒng)山中央處理系統(tǒng)集中處理各傳感器采集的各種信號，再山中央處理系統(tǒng)給各執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出不同的行動指令。但是，在動物體

23、中還有與之平行的另一個非神經(jīng)反饋生物前饋控制機制，或稱之為機械超前反饋。例如，肌肉骨骼系統(tǒng)在抵抗外力時能根據(jù)其變形情況迅速進行調(diào)整，這種調(diào)整能在最快的神經(jīng)反射之前就完成。這種前饋能減少神經(jīng)系統(tǒng)造成的不穩(wěn)定性，保證了對全系統(tǒng)的控制質(zhì)量。在復(fù)雜的機械系統(tǒng)控制中，如果能引入機械前饋的機制，對于減少中央處理系統(tǒng)的負擔(dān)、簡化控制系統(tǒng)、提高系統(tǒng)的控制速度與 質(zhì)量都具有重人的意義。8.仿生機器人設(shè)計仿生機器人包括仿生物和仿人兩類，前者模仿各種生物，如蛇、螃蟹、蜘蛛、蜜蜂等的功能，后者模仿人的肌體構(gòu)造或器官功能，如仿人于、于臂、步態(tài)等功能IS。仿生物機器人尤其是 小型機器人在災(zāi)難事故中，可以很好地完成攀巖、滅

24、火、鉆洞、浮水等人類難以完成或者對救援人員有極人傷害的救助活動。仿人機器人能搬桌子、抬東西，可以幫助人類尤其是老年人進行重體力的生活必要勞動。一些能唱歌、會跳舞的人形和動物形狀機器人在帶給人們快樂的同時，也激發(fā)了人類對科學(xué)的濃厚興趣。仿生機器人根據(jù)不同的需要設(shè)計特殊的生物功能，目前由于社會需要還不充分，難免被人們視為 “不實用 ”，但是這種在機器人上體現(xiàn)的技術(shù)可以為其他領(lǐng)域做好技術(shù)儲備。所以，仿生機器人必將是超出人類一般需求之前探索的一門真正的學(xué)科。9.材料仿生設(shè)計仿生材料有著傳統(tǒng)材料所不及的優(yōu)良特性，例如生物活性組織的仿生。骨骼，肌體和器官的自修復(fù)自組織自適應(yīng)自生長和自進化的研究等。 目前醫(yī)

25、學(xué)上采用的人工材料人工骨骼有主要還是陶瓷， 磷酸鹽材料，硫酸鈣材料等， 雖然他們的生物相容性較好， 但是這些傳統(tǒng)材-7精選文庫料存在的主要的問題是這些異化材料不能很好的適應(yīng)人體，移填后在人體內(nèi)降解速度也很慢，更 談不上誘導(dǎo)骨骼再生，使康復(fù)工程也很大的局限， 小孩子的局限更為明顯。 醫(yī)學(xué)上，生長因子， 活體細胞的培養(yǎng)技術(shù)已較為成熟， 不過培養(yǎng)的速度相當(dāng)慢， 無法滿足醫(yī)療康復(fù)對活體組織的要求，迫切期待技術(shù)的革新，于是快速成型制造人工骨骼和器官變得相當(dāng)重要。發(fā)展趨勢仿生材料學(xué)綜合了化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué)及能源學(xué)等多門學(xué)科與級數(shù)，立足于天然生物的獨特結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能，制備出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的新型材料。目前， 仿生材料的研究無論在結(jié)構(gòu)材料方面，還是功能材料方面，都取得了一定的成果。人們通過生物礦化研究發(fā)現(xiàn)有機分子可以改變無機晶體的生長形貌和結(jié)構(gòu)，為新材料的設(shè)計和制造提供了理論依據(jù)，納米級功能性生物材料的制