我的仿生梦想
学号： 姓名：通过这一个学期的学习，从以前对于仿生学的空白到有了一点认识，从而感觉到了仿生是一门非常高深而且对于人类或者是大自然都是很有用的科学。在未来的科学创造中，仿生是很有必要的，因为大自然经过几十亿年的筛选，绝对是没有错的，留下来的都是对于能量或者是其他都是利用率特别高的，适者生存，不适者淘汰，那是自古以来的生存法则，也是我们需要仿生的重要理由之一，向大自然学习，努力把现代科技与自然给我们的绝妙灵感结合起来，就可以达到非常理想的效果了。 有限的学习时间里，了解到了现在向大自然学习所创造出来的一些特别奇妙的东西。比如说对于荷叶的仿生，所创造出来的不会轻易被污染的墙面材料，用于高层建筑上的话，每年所省下来的用于清理墙面上的污垢的费用，就是一笔非常可观的数字，如果用于其他方面的话，那是可以产生很客观的效益的，进而促进了社会的进步，虽然当时成本会有一点高，但是在长远利益看起来，那就小的几乎可以忽略了；还有就是我们都是熟知的，对于蜻蜓的仿生，于是稳定性能比较高的飞机产生了，这都是仿生非常成功的例子，而且对我们人类的帮助是非常大的，使交通变得更加便捷，间接的提高了人们的办事效率。还有关于军事的，蝴蝶的颜色五彩斑斓、各式各样。像重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，它后面的翅膀在阳光的照耀下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶颜色的研究，为军事防御带来了极大的利益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁他的军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍安然无恙。后来，根据同样的原理，人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。
这些都是前人们经过不断地思考，无数次的实验，才得到了这些奇妙的仿生作品，大大的造福了人类，但是我们不能够只是往后看，我们需要不断地向前看，向这些仿生高手看齐，努力地去研究自然界的各种生物，争取达到相关的启示或者是灵感，设计创造出更加实用，能够解决当前实际问题的作品出来，对于当前首要解决的问题，究其根本，就是能源问题，一切的国际或者是地方性的争端，都是由于能源问题引发的，为了争夺相应的资源，而果断的发动战争，已经是屡见不鲜了，所以，当前的最重要的是就是发明能够高效的利用能源的物体，大自然中的植物经过了几十亿年的发展，利用率不高的早就淘汰了，剩下的必然是有其独特的获取能量的方式，发明这些肯定需要到大自然去寻找灵感，2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯和美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯共同开发了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。此项技术突破有望革新制氢工艺，从而利用太阳光大规模生产清洁的绿色能源——氢气。
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键，而在面临能源和环境瓶颈的今天，这一过程中的能量转换也为人类提供了极其重要的启示。由于自然光谱的吸收率等原因，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工设计的系统中，研发人员借鉴其光反应与电子传递的机制，并提高通量转化的效率，使其适于太阳能的转化利用。
事实上，在上述模拟光合作用的研究取得突破前，微生物制氢的已经成为了研究热点。自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，但其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气也会像制造沼气一样得到大规模应用。
模拟光合作用制氢或者微生物制氢过程正是仿生学“向自然学习”的思想典型。20世纪40年代以来，工程技术领域中出现了调节理论，人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比，认识到二者包含自动调节系统。此后，科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来，成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁，奠定了生物与机器在控制与通信方面进行类比的科学理论基础。之后，斯蒂尔提出了仿生学的研究理念。自上个世纪末以来，人们认识到大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能具有无可比拟的优越性，仿生学也因此显示出巨大的生命力。
从研究模式上看，仿生学作为模仿生物建造技术装置的科学，是一门新兴的边缘科学，研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和设备，创造新技术。模拟光合作用制氢过程的例子很好地诠释了这一点。在植物的光合作用中，锰参与几种酶系统。由于锰可以在正二价和正四价两种化合价之间转换，所以主要在氧化还原和电子转移中发挥作用。这一思想为斯皮西亚等人的研究提供了启发。他们在确定锰簇是植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的中心枢纽后，开发出这种人造锰簇，并利用这些分子的能力将水分解成氢和氧。研究者将一层质子导体――Nafion薄膜覆盖在一个电极上，形成一层仅几微米厚的聚合体膜，这层聚合体膜充当锰簇的载体。锰在正常情况下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化剂结合，形成不易分解的稳定结构，当水到达此催化剂时，在阳光的照射下便发生氧化反应。
在能源和环境领域，这一技术显示了仿生技术的巨大应用潜力和价值。初步测试表明，此催化剂连续使用3天之后还有活性，由此分解出来的氢气和氧气可以在燃料电池中结合成水，产生电力供住宅和电动车全天24小时使用，且不排放碳而是排放水。虽然此系统的效率还有待提高，但研究者可以不断地从自然界中学习，使之更为高效，从而使氢这一能效高且没有碳排放的绿色清洁能源为未来社会所用。
生物体的电子传递过程在能源仿生技术上的另一重点研究领域是生物发光。生物发光和光合作用都是“电子传递”现象，而从某个角度上看，生物发光可以看作是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。生物光作为冷光源，具有效能高、效率大、不发热、不产生其它辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等，都是一种安全可靠的理想照明光源。通过模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，晚上再将光能释放。人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光，创造一种新的高效光源——冷光源成为可能。然而，人们对于萤火虫等发光机制的研究仍然有待深入。如果将光合作用和生物发光机制在仿生学框架下同时加以研究，就有可能在能量利用的电子传递现象中取得进展，从而实现能源利用更为巨大的进步。
从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，在能源技术上的应用潜力也极其巨大，有助于破解人们所面临的能源瓶颈问题，同时解决石化能源等所带来的环境问题。而且能够推广到世界的各个角落，街道上不再有用燃料供给能量的交通工具，都是普遍使用太阳能，太阳能代替了一切能源，不会再有因为能源危机而发生战争或者是杀戮，世界一片祥和。
对于仿生植物吸收太阳能，相信那已经是不远以后的事了，因为现在已经制造出来了可以吸收太阳能进行光合作用的物体了。现在的飞机虽然说是对于鸟的仿生，但是却一点都不像鸟的飞行方式，因为鸟是有翅膀在扇动的，这种飞行方式比起现在这种利用气流差的飞行方式，所节省的能量是非常可观的一笔数字，如果可以发明这种扇动翅膀的飞机，就可以随时随地的降落与飞行了，节省一大部分的能量，那么，一大部分的飞机事故就可以避免了，可以大大的增强国人的自信心。这就是我的仿生梦想。
我的仿生梦想
学号： 姓名：通过这一个学期的学习，从以前对于仿生学的空白到有了一点认识，从而感觉到了仿生是一门非常高深而且对于人类或者是大自然都是很有用的科学。在未来的科学创造中，仿生是很有必要的，因为大自然经过几十亿年的筛选，绝对是没有错的，留下来的都是对于能量或者是其他都是利用率特别高的，适者生存，不适者淘汰，那是自古以来的生存法则，也是我们需要仿生的重要理由之一，向大自然学习，努力把现代科技与自然给我们的绝妙灵感结合起来，就可以达到非常理想的效果了。 有限的学习时间里，了解到了现在向大自然学习所创造出来的一些特别奇妙的东西。比如说对于荷叶的仿生，所创造出来的不会轻易被污染的墙面材料，用于高层建筑上的话，每年所省下来的用于清理墙面上的污垢的费用，就是一笔非常可观的数字，如果用于其他方面的话，那是可以产生很客观的效益的，进而促进了社会的进步，虽然当时成本会有一点高，但是在长远利益看起来，那就小的几乎可以忽略了；还有就是我们都是熟知的，对于蜻蜓的仿生，于是稳定性能比较高的飞机产生了，这都是仿生非常成功的例子，而且对我们人类的帮助是非常大的，使交通变得更加便捷，间接的提高了人们的办事效率。还有关于军事的，蝴蝶的颜色五彩斑斓、各式各样。像重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，它后面的翅膀在阳光的照耀下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶颜色的研究，为军事防御带来了极大的利益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁他的军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍安然无恙。后来，根据同样的原理，人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。
这些都是前人们经过不断地思考，无数次的实验，才得到了这些奇妙的仿生作品，大大的造福了人类，但是我们不能够只是往后看，我们需要不断地向前看，向这些仿生高手看齐，努力地去研究自然界的各种生物，争取达到相关的启示或者是灵感，设计创造出更加实用，能够解决当前实际问题的作品出来，对于当前首要解决的问题，究其根本，就是能源问题，一切的国际或者是地方性的争端，都是由于能源问题引发的，为了争夺相应的资源，而果断的发动战争，已经是屡见不鲜了，所以，当前的最重要的是就是发明能够高效的利用能源的物体，大自然中的植物经过了几十亿年的发展，利用率不高的早就淘汰了，剩下的必然是有其独特的获取能量的方式，发明这些肯定需要到大自然去寻找灵感，2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯和美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯共同开发了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。此项技术突破有望革新制氢工艺，从而利用太阳光大规模生产清洁的绿色能源——氢气。
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键，而在面临能源和环境瓶颈的今天，这一过程中的能量转换也为人类提供了极其重要的启示。由于自然光谱的吸收率等原因，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工设计的系统中，研发人员借鉴其光反应与电子传递的机制，并提高通量转化的效率，使其适于太阳能的转化利用。
事实上，在上述模拟光合作用的研究取得突破前，微生物制氢的已经成为了研究热点。自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，但其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气也会像制造沼气一样得到大规模应用。
模拟光合作用制氢或者微生物制氢过程正是仿生学“向自然学习”的思想典型。20世纪40年代以来，工程技术领域中出现了调节理论，人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比，认识到二者包含自动调节系统。此后，科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来，成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁，奠定了生物与机器在控制与通信方面进行类比的科学理论基础。之后，斯蒂尔提出了仿生学的研究理念。自上个世纪末以来，人们认识到大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能具有无可比拟的优越性，仿生学也因此显示出巨大的生命力。
从研究模式上看，仿生学作为模仿生物建造技术装置的科学，是一门新兴的边缘科学，研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和设备，创造新技术。模拟光合作用制氢过程的例子很好地诠释了这一点。在植物的光合作用中，锰参与几种酶系统。由于锰可以在正二价和正四价两种化合价之间转换，所以主要在氧化还原和电子转移中发挥作用。这一思想为斯皮西亚等人的研究提供了启发。他们在确定锰簇是植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的中心枢纽后，开发出这种人造锰簇，并利用这些分子的能力将水分解成氢和氧。研究者将一层质子导体――Nafion薄膜覆盖在一个电极上，形成一层仅几微米厚的聚合体膜，这层聚合体膜充当锰簇的载体。锰在正常情况下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化剂结合，形成不易分解的稳定结构，当水到达此催化剂时，在阳光的照射下便发生氧化反应。
在能源和环境领域，这一技术显示了仿生技术的巨大应用潜力和价值。初步测试表明，此催化剂连续使用3天之后还有活性，由此分解出来的氢气和氧气可以在燃料电池中结合成水，产生电力供住宅和电动车全天24小时使用，且不排放碳而是排放水。虽然此系统的效率还有待提高，但研究者可以不断地从自然界中学习，使之更为高效，从而使氢这一能效高且没有碳排放的绿色清洁能源为未来社会所用。
生物体的电子传递过程在能源仿生技术上的另一重点研究领域是生物发光。生物发光和光合作用都是“电子传递”现象，而从某个角度上看，生物发光可以看作是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。生物光作为冷光源，具有效能高、效率大、不发热、不产生其它辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等，都是一种安全可靠的理想照明光源。通过模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，晚上再将光能释放。人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光，创造一种新的高效光源——冷光源成为可能。然而，人们对于萤火虫等发光机制的研究仍然有待深入。如果将光合作用和生物发光机制在仿生学框架下同时加以研究，就有可能在能量利用的电子传递现象中取得进展，从而实现能源利用更为巨大的进步。
从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，在能源技术上的应用潜力也极其巨大，有助于破解人们所面临的能源瓶颈问题，同时解决石化能源等所带来的环境问题。而且能够推广到世界的各个角落，街道上不再有用燃料供给能量的交通工具，都是普遍使用太阳能，太阳能代替了一切能源，不会再有因为能源危机而发生战争或者是杀戮，世界一片祥和。
对于仿生植物吸收太阳能，相信那已经是不远以后的事了，因为现在已经制造出来了可以吸收太阳能进行光合作用的物体了。现在的飞机虽然说是对于鸟的仿生，但是却一点都不像鸟的飞行方式，因为鸟是有翅膀在扇动的，这种飞行方式比起现在这种利用气流差的飞行方式，所节省的能量是非常可观的一笔数字，如果可以发明这种扇动翅膀的飞机，就可以随时随地的降落与飞行了，节省一大部分的能量，那么，一大部分的飞机事故就可以避免了，可以大大的增强国人的自信心。这就是我的仿生梦想。