如何学习生物之长(zz)

linyufeng

如何学习生物之长
    ——第２１４次香山科学会议研讨“飞行和游动的生物力学与仿生技术”
   
    “鹰击长空，鱼翔浅底，万类霜天竞自由。”这是生物各得其所、自由自在的真实写照。对人类来说，生物的这种“自由”是可望而不可及的，即便人是万物之灵长。不过人可以探索生物这些“自由”的原因，并拿来为自己所用。在这种背景下，仿生学渐渐兴起并成为当前世界科学的前沿和热点。
    我国科学家也正积极从事仿生学及其相关技术的研究。１０月２１～２３日，国内相关学者会聚香山，召开以“飞行和游动的生物力学与仿生技术”为主题的第２１４次香山科学会议，目的就是系统地分析国内外生物力学及相关仿生技术研究现状，探讨本学科重大问题和重大战略需求，对本学科未来发展献计献策。中国科学院研究生院的童秉纲院士、中国航天科技集团７０１所的崔尔杰院士被邀请担任会议执行主席。
    发展仿生技术是大势所趋
    童秉纲院士、中国科技大学的陆夕云教授在会议主题评述报告中说到，鱼类等水生动物和有翼昆虫等飞行动物经历了近亿年的进化过程，为了攫取食饵、逃避敌害、生殖繁衍和集群活动等生存需要，在漫长的适应环境的自然选择过程中，发展了各具特色的在水中游动和空中飞行的非凡能力，其整体功能渐趋优化，为当前的人造航行器和飞行器望尘莫及。例如，处于寻食链顶端的海洋水生动物巡游时的流体推进效率可高达８０％以上，人们早先用摇橹方式行船，以模仿鱼尾摆动规律，自从采用螺旋桨推进后，其效率即下降至４０％以下。一百年前，怀特兄弟从鸟类滑翔得到启示，发明了飞机，但迄今为止，飞机的整体飞行性能还无法与飞行动物相比。昆虫的物种多达１０００万，平均体长３～５ｍｍ，带翅可飞的占９９％，其飞行性能更为高超，可悬停，并有惊人的机动能力，例如苍蝇可在１０－４秒的量级内作１８０度转向。于是当前，仿生研究在国际上受到高度关注，研制微型飞行器、机器昆虫和机器鱼等正形成热潮。
    据了解，在仿生学中，飞行和游动的生物力学在其中占有极为重要的地位，该学科是一门以流体力学为先导的交叉学科，其研究任务是：从整体上研究生物的力学设计概念及其理论，包括神经控制、肌肉力学、生物材料性能、生物的形态及其运动模式（运动学），其推进和控制机制（生物外部流体力学）、能量转换及其效率（力能学）以及整体模化等。飞行和游动的生物力学的研究意义是多方面的：其一，生物学家需要了解飞行和游动的力学效应对生物的生理学、生态学、动物行为及进化的影响。其二，工程技术专家要利用仿生力学的研究成果改进人造机器，特别是仿生机器学（Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓ）正迅速崛起，急需本学科的理论加以支撑。
    因此与会专家认为，非常有必要对飞行和游动的生物力学这一新兴的交叉学科以及相应的仿生技术在我国如何发展作战略性讨论。
    我国已取得一定成绩
    据悉，近年来我国在生物力学及相关仿生技术研究中已取得初步成果。上世纪９０年代初，童秉纲院士等人发表了模拟鱼类巡游的三维波动板理论，被国际同行广为引用。近年来北京航空航天大学的孙茂教授在昆虫拍翼运动的数值研究上取得有国际影响的重要进展。清华大学曾理江教授作为国际知名的昆虫飞行光测专家，已发表了大量研究成果。最近，中科院研究生院、中国科技大学等单位均在该领域取得了若干阶段性结果。
    在仿生技术研究和微型飞行器（ＭＡＶ）及机器鱼研制方面，国内也开展了大量研究工作。崔尔杰院士等研究者在仿生技术方面做过许多探索，有关单位在ＭＡＶ研制中取得一定成绩，北航正在研制的机器鱼和哈尔滨工程大学研制的特种水下机器人都有显著进展。
    另外，本学科的研究在国际上也是异常活跃，著名刊物《自然》和《科学》有多篇研究报道，许多权威杂志也刊登了有关鱼游、小飞行器空气动力学的长篇评述。
    存在的问题与对策
    那么我国在该学科到底面临着什么样的难题呢？崔尔杰院士告诉记者：“很大的问题是对该学科的认识还不够，对仿生对象的特性，尤其是仿生对象在活体、自由状态下的运动等特性的认识还有许多欠缺。另外在应用方面，我国在微型飞行器研制方面还有不足，比如微型飞行器做不小，稳定性也不理想。”
    与会专家经过商讨，认为我国仿生研究下一步研究应侧重六个重点：一是加强与生物力学和仿生有关的基础问题的研究，为进一步的研究提供基本数据等；二是加强生物流体力学研究，比如生物飞行动力等问题；三是关于生物飞行的稳定性，研究生物稳定飞行和自适应控制问题，比如鸟在自由、多变的飞行中是如何控制自己身体的；四是关于仿生材料和结构、设计优化问题，比如学习蜻蜓翅、鸟翅的优良合理结构进而改进人类的飞行器；五是加强力能学研究，探索鸟类等生物飞行时为何非常节能，如何以最少的能量消耗取得最大的功效；六是考虑研究微机电系统（ＭＥＭＳ）。当前，国际上已开始生物微机电系统（Ｂｉｏｍｅｍｓ）的相关研究，我国也应及时跟进国际研究方向，这其中包括如何利用仿生学原理制造ＭＥＭＳ，以及如何利用已有的ＭＥＭＳ促进仿生学的发展。
    专家们建议国家有关部门加大对本学科的支持力度，以使国内研究力量组织起来，实现源头创新，推动本学科跨越式发展。

foxes

linyufeng能不能搞到这次会议的论文哪，我找了好久没找到

linyufeng

呵呵，因为这次会议侧重于国防，参加的人大多也都是国防口的。所以资料一般不会外漏。我手头没有具体的论文，只是老板那里有一份会议的交流材料，都是些表面的东西。实质性的，是不会让别人看到的。

tgkpatton

linyufeng，在深圳啊，深圳有研究这个的机构吗？

foxes

其实人家老外的冬冬都搞比赛了，我们还包什么密，唉，我就奇怪国外好多大学人家都做出模型参加比赛，而且你可以在查到好多相关的文章，我们还神秘兮兮的，其实这方面我们落后好长一段距离了，当前迫切需要解决的问题是如何提供能源让它完成长距离飞行，比如登陆火星

linyufeng

有呀。不过刚刚起步。

linyufeng

火星？？？
不太现实吧。要是UVA 还有可能。至于MAV现有的，一般飞行时间没有超过两个小时的，而flapping wings MAV 飞行时间就更短了。

foxes

老美当初瞄这个方向的时候就是有这样的打算，现在还不行，等成熟的时候我想会有的吧