刍议仿生学原理在机械设计中的融入

2018-12-21曾轶长沙市长郡中学

数码世界 2018年2期

曾轶长沙市长郡中学

仿生学这门学科兼具生物与技术的学科可以实现信息转换控制、能量控制、生物结构特征模仿的功能，将仿生学原理应用在机械设计中，可以为机械设计赋予新的生命，提供新的设计思路与设计方案。随着各类仿生机械产品的诞生，仿生学也开始受到机械设计领域的广泛重视，相关的专家与学者在这一方面投入了大量的精力，取得了丰硕的成果。

1 仿生学在机械设计中的应用内容

1.1 功能特征仿生

在自然的发展历程中，各类生物为了适应周边环境的变化，形成了特有的功能属性，这是机械仿生设计中关注的重点问题。从目前的机械设计实例来看，不仅有生物外形仿生，也有生理特性的仿生，且在这两个方面，都取得了丰硕的生活，功能特征仿生的应用让机械设计不再拘泥于传统的模型，更加具有灵活性。

1.2 组织结构的仿生

组织结构的仿生是对生物科学的深层次应用，从微观角度上实现了自然与人之间的和谐发展，在目前的机械仿生设计领域中，材料方面的应用成效更加显著，为生产与发展带来了良好的经济和社会效益。此外，分级结构设计以及机械微组装的发展也取得了一定的成效。

以非光滑表面仿生设计为例，为了减少机械材料的磨损度，人们一直在致力于找寻新型耐磨材料，在传统机械设计中，多应用硬化技术来提高耐磨度，当时这无法从本质上解决磨损问题，借助于仿生学原理，便可以有效提高耐磨性能，这里应用到的原理是借鉴了粘湿土壤中动物的生物特征，这些动物体表有着几何非光滑的特征，在运动时，不会产生较大的摩擦力，减少阻力，提高体表耐磨度，借助于这一原理，可以有效提高材料的耐磨性。，

1.3 信息控制的仿生

在信息时代到来之后，人们的信息控制、传递要求也更高，这也可以借鉴生物的进化过程，在机械仿生设计中，可以将生物信息获取方式与信息管理设备结合起来，不仅可以提高生产质量，也可以有效提高生产效率。

1.4 运动特征的仿生

运动体系的规划也属于机械设计的重点与难点部分，因此，在机械仿生设计领域中，生物运动特征仿生，也是一个重点环节。通过相应的仿生，可以对机械设计进行细节化与板块化处理，找到机械设计与生物运动系统调节、生物运动方式的结合点，促进机械设计行业的发展。

2 仿生学原理在机械设计中的应用分析

从目前机械设计的发展趋势来看，仿生学的应用也更加广泛化、多元化，相关的技术也逐步开始智能、全面，其典型的应用包括几个方面:

2.1 半步行轮驱动机构

半步行轮驱动机构是地面工作机械的常用结构，这是根据水牛耕地现象仿生学原理设计出来的新技术，借助于半浮式理论，将机械运动中的浮、沉、驱动、滑行有机结合起来，解决了传统结构中驱动与承重并存的问题，适宜应用松软土壤与水田中。在目前机械仿生设计的研究中，也推出了多种驱动动力大、滚动阻力小的新型设备，为相关行业的发展提供了有效的技术支持。总而言之，仿生学原理的应用加快了机械行业的改革步伐，实现了设备的便利化与实效性应用。

2.2 人工智能机器人

人工智能即研究人类智能活动规律，创设智能人工系统，探讨出将计算机替代人类智力行为的操作方式，使计算机可以根据人类思维方式和行为方式来处理相关的事物。人工智能在我们的生活中十分常见，近年来，越来越多的家庭都安装了智能家居系统，这一系统的应用可以提供主动式、人性化的服务，在外出时，人们可以利用手机操作来开关电视机、音响、空调；在回到家中时，可以提前对系统发出指令，调节好室内光线，打开电视、空调，还能完成自动煮饭等功能。利用人工智能，还能够推出智能学习系统，为学习者提供在线个性化的服务，根据学习者的学习习惯、偏好深度来建立知识库，解答学习中遇到的问题，并建立起学习社群，顺利达成学习目标。人工智能技术是脑与认知科技术的应用和转变，是社会发展的必由之路，从这一角度而言，人工智能是现阶段信息科学技术的发展核心，也是认知科学、脑科学与信息科学发展的交叉产物。