芻議仿生學原理在機械設計中的融入

曾軼 長沙市長郡中學

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

1 仿生學在機械設計中的應用內容

1.1 功能特征仿生

在自然的發(fā)展歷程中，各類生物為了適應周邊環(huán)境的變化，形成了特有的功能屬性，這是機械仿生設計中關注的重點問題。從目前的機械設計實例來看，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，功能特征仿生的應用讓機械設計不再拘泥于傳統(tǒng)的模型，更加具有靈活性。

1.2 組織結構的仿生

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

以非光滑表面仿生設計為例，為了減少機械材料的磨損度，人們一直在致力于找尋新型耐磨材料，在傳統(tǒng)機械設計中，多應用硬化技術來提高耐磨度，當時這無法從本質上解決磨損問題，借助于仿生學原理，便可以有效提高耐磨性能，這里應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化過程，在機械仿生設計中，可以將生物信息獲取方式與信息管理設備結合起來，不僅可以提高生產(chǎn)質量，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)劃也屬于機械設計的重點與難點部分，因此，在機械仿生設計領域中，生物運動特征仿生，也是一個重點環(huán)節(jié)。通過相應的仿生，可以對機械設計進行細節(jié)化與板塊化處理，找到機械設計與生物運動系統(tǒng)調節(jié)、生物運動方式的結合點，促進機械設計行業(yè)的發(fā)展。

2 仿生學原理在機械設計中的應用分析

從目前機械設計的發(fā)展趨勢來看，仿生學的應用也更加廣泛化、多元化，相關的技術也逐步開始智能、全面，其典型的應用包括幾個方面:

2.1 半步行輪驅動機構

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

2.2 人工智能機器人

人工智能即研究人類智能活動規(guī)律，創(chuàng)設智能人工系統(tǒng)，探討出將計算機替代人類智力行為的操作方式，使計算機可以根據(jù)人類思維方式和行為方式來處理相關的事物。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)的應用可以提供主動式、人性化的服務，在外出時，人們可以利用手機操作來開關電視機、音響、空調；在回到家中時，可以提前對系統(tǒng)發(fā)出指令，調節(jié)好室內光線，打開電視、空調，還能完成自動煮飯等功能。利用人工智能，還能夠推出智能學習系統(tǒng)，為學習者提供在線個性化的服務，根據(jù)學習者的學習習慣、偏好深度來建立知識庫，解答學習中遇到的問題，并建立起學習社群，順利達成學習目標。人工智能技術是腦與認知科技術的應用和轉變，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)階段信息科學技術的發(fā)展核心，也是認知科學、腦科學與信息科學發(fā)展的交叉產(chǎn)物。

3 結束語

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

[1]錢俠.仿生學在機械設計中的應用[J].科技信息(學術研究).2008(21)

[2]李寶童,洪軍.裝備支承件的自適應仿生設計基礎研究[J].機械工程學報.2015(04)

[3]李顯鈴,干靜,汪衛(wèi),李正奎,周夢舟.科研離心機的形態(tài)仿生方法研究[J].機械.2015(04)

[4]劉小民,趙嘉,李典.單圓弧等厚葉片前后緣多元耦合仿生設計及降噪機理研究[J]. 西安交通大學學報. 2015(03)