仿生學導論（簡體書）

學習、模擬生物與大自然的仿生學是驅動創新的重要途徑，其高效、低耗、綠色、可續的仿生理念正成為人類經濟發展和社會進步的科學理念與發展模式。今天，仿生學已成為活力*強、發展*快、應用*廣的前沿學科之一。《仿生學導論》共14章，除系統介紹和闡述仿生學內涵的演進、仿生學基礎理論、基本原則和主要方法與技術外，還通過多個方面的大量比照分析，闡釋了生物是人類之師，人類是萬物之靈，人類一定要向生物學習，也一定能學好這一仿生學的本源問題。《仿生學導論》具有系統性、前沿性、創新性和趣味性，特別是書中詳述了大量生動實例和新研究進展，將會讓讀者收穫頗豐。
《仿生學導論》可作為仿生學、生物學、生物醫學與健康、生態學、環境科學，以及工程技術等學科的教師、本科生、研究生的教學或科學研究的參考書，也可供相關學科專業的研究人員、技術人員和管理人員參考。

仿生學是20世紀生物學與技術科學快速發展中產生的一門新興交叉學科。自誕生以來，仿生學以其可續發展的強大生命力和充滿原始創新的無限活力，飛速擴展到自然科學、技術科學和工程科學的眾多領域，不僅如此，還拓展到人文社會科學領域，產生重大影響，並得到廣泛應用。仿生學已發展成為多學科交叉融合，促進人類進步與發展的大學科。現在，很難舉出一個例子說明一個學科、一個領域與仿生學沒有關係。而且由於仿生學的發展，還產生了許多新的領域、新的學科。國內外許多高等院校和科研機構不僅開展了多個方向的仿生學研究，還創建了多個仿生分支學科與專業，培養仿生專業人才。許多企業，包括《財富》雜誌排名世界100強的大公司也在採取措施，在企業落實仿生學。仿生學不僅是創新之道、創業之道，也是實踐高效、低耗、綠色、可續的仿生理念解決經濟與環境難題之道。仿生學受到越來越多的關注與重視，吸引越來越多的人去學習、去實踐。然而，一直以來國內缺乏對仿生學進行系統性介紹的學術性書籍，而適用於高等院校和科研機構人才培養的仿生學教學用書國內也少見。鑑於此，我們撰寫了本書。
筆者從事仿生學研究30餘載，也擔負著碩士生、博士生的指導與教學任務。2005年我校設立了仿生科學與工程碩士學位點和博士學位點，並開設了多門有關仿生學的課程，其中“仿生學導論”由我們承擔，但一直未有正式的書面教材。當時也曾承諾撰寫《仿生學導論》一書，但只是經過多年對仿生學的學習與積累，以及仿生科研與人才培養的實踐與體悟，才在10多年後由任露泉和梁雲虹合作完成本書的撰寫，實現了夙願。
本書由任露泉構思，擬訂全書章節綱目，提供積累的相關資料，並對全書進行了統稿、修改、補充與完善；全書由梁雲虹執筆，在國內外不同工作環境中，靠信念與毅力筆耕不輟，歷經4年，6易其稿，最終完成初稿。這裡要特別感謝李秀娟博士快速完整地多次打印書稿，並與分處國內、國外的作者及時有效溝通，得以如約完成書稿。
全書共分14章。
第1～3章，介紹了仿生學的基本概念，重點闡述仿生學內涵的演進，仿生學研究的內容、目標、特點與意義，進而對仿生學的分類進行了初步的嘗試，最後闡釋了仿生學四大基本要素及其之間的關係。主要回答：①什麼是仿生學？②為什麼要學習、研究仿生學？③仿生學發展的動力何在？④仿生學研究的內容是什麼？
第4～10章，闡述了仿生學的本源問題：①人類為什麼要向生物學習？特別是，為什麼把生物、生活、生境和大自然都作為仿生模本？書中闡明，生物在許多方面強於人類，是人類之師，值得人類很好地學習。而生活、生境是仿生學不可或缺的重要仿生資源，大自然的運行機制與演化規律則是人類社會進步與經濟發展之必需。②人類向生物學習，能學好嗎？答案是，人類是大自然進化出的具有最高智慧的生物，是動物界中智慧思維和學習、掌控能力最強的物種，人類是萬物之靈，完全能夠向生物學好。
第11章，闡述仿生學的發展歷程及其前景，回答人類向生物學得如何，亦即仿生學發展得怎樣的問題。
第12～14章，闡釋仿生學的基本原理、基本原則和主要方法與技術，這是進行仿生研究時應遵循的原則、依據的原理和常用的方法與技術。回答今後如何更好地向生物學習，如何更好地進行仿生研究的問題。

第1章仿生學基本概念
1．1仿生學含義
1．1．1定義原則
1．1．2斯蒂爾（J．E．Steele）定義
1．1．3傳統定義
1．1．4現代定義
1．1．5仿生學相關定義
1．1．6 “仿生學”英文釋義
1．1．7工程仿生學
1．2仿生學研究內容
1．2．1生物、生活、生境與大自然
1． 2．2工程技術需求
1．2．3仿生轉化
1．2．4仿生製品設計與製造
1．2．5仿生成果評價
1．3仿生學研究目標
1．3．1自然發現
1．3．2技術發明
1．3．3工程創造
1．3．4思維創新
1．4仿生學研究特點
1．4．1新興、前沿
1．4．2學科交叉
1．4．3原創性強、生命力強
1 ．4．4上、中、下游研究緊密結合
1．4．5可續發展
1．5仿生學研究意義
1．5．1開啟向自然學習的新時代
1．5．2加快揭示生物奧秘的步伐
1．5．3促進生物進化優化成果的應用
參考文獻

第2章仿生學分類
2．1仿生學分類原則
2．1．1傳統與現代相結合
2．1．2形式與內容相統一
2．1．3縱向與橫向相銜接
2．1．4交叉滲透相融合
2．2從橫向聯繫分類
2．2．1不同領域
2．2．2不同學科
2．3從縱向聯繫分類
2．3．1不同尺度
2．3．2不同層面
2．4從模擬因素分類
2．4．1單元仿生
2．4．2多元仿生和耦合仿生
參考文獻

第3章仿生學基本要素
3．1仿生需求
3．1．1需求驅動
3．1．2科學推動
3．1．3任務促動
3． 2仿生模本
3．2．1生物模本
3．2．2生活模本
3．2．3生境模本
3．3仿生模擬
3．3．1模擬內容
3．3．2模擬方法
3．4仿生製品
3．4．1非生命仿生製品
3．4．2包含生命組件的仿生製品
3．4．3具有完整生命的仿生製品
3．5仿生學基本要素間的關係
參考文獻

第4章人類與生物的進化
4．1進化歷程
4．1．1人類進化歷程
4．1．2生物進化時間
4．2生存空間
4．2．1人類生存空間
4．2．2生物生存空間
4．3物種分類
4．3 ．1人類
4．3．2生物
參考文獻

第5章人類與生物的感知
5．1視覺
5．2聽覺
5．3嗅覺
5．4味覺
5．5觸覺
參考文獻

第6章人類與生物的控制
6 ．1控制系統
6．1．1控制器
6．1．2感受器
6．1．3效應器
6．2控制原理
6．3控製成效
6．3．1快速
6．3．2精確
6．3． 3高效
6．3．4可靠
參考文獻

第7章人類與生物的反應
7．1運動
7．1．1有位移運動
7．1．2無位移運動
7．2生物自適應特性
7．2．1自醫、互醫與自我保健
7．2．2偽裝
7．2．3共生與寄生
7．2．4定時、定位、導航
7．2．5休眠
7．2．6耐抗性
7．3生物機械功能特性
7．3．1強韌性
7．3．2減阻
7．3．3自潔
7．3．4耐磨
7．4生物社會功能特性
7．4．1社會構成
7．4．2社會特徵
7．4．3社會功能
7．4．4社會行為
參考文獻

第8章人類與生物的關係
8．1生物為人類之師
8．1．1進化史比較
8．1．2自我調控過程比較
8．1．3結構功能特性比較
8．2人類為萬物之靈
8．2． 1智力
8．2．2創造性思維
8．3人類與生物關係的時變規律
參考文獻

第9章人類與生活
9．1人類生活及其方式
9．1．1生活含義
9．1．2生活方式
9．2人類生活現象
9．2．1日常生活中的生活現象
9．2．2人文生活中的生活現象
9．2．3本體生活中的生活現象
9．3人類自然生命
9．3．1生活的主體，智慧的載體
9．3．2創造文化的大腦智慧系統
9．4人類生活是仿生學的重要源泉
9．4．1生活現象仿生
9．4．2人類自身資源仿生
9．4．3人類腦資源仿生
參考文獻

第10章人類與生境
10．1生存環境——生境
10．1．1生境的含義
10．1．2人類生境
10．2自然環境
10．2．1自然景觀
10．2．2自然現象
10． 3生態系統
10．3．1自然生態系統
10．3．2人類生態系統
10．4生境是仿生的重要源泉
10．4．1學習自然進行仿生
10．4．2學習生態進行仿生
參考文獻

第11章仿生髮展態勢與規律
11．1仿生實踐先於仿生學
11．1．1仿生意識的萌發
11．1．2仿生實踐的助推
11．1．3仿生始終伴隨著人類社會的進步與發展
11 ．2仿生道路曲折
11．2．1仿生學誕生
11．2．2並非一帆風順
11．2．3遵循科學的“實踐-認識-再實踐-再認識”規律
11．3仿生理念不斷深化，仿生學發展迅速
11．4競爭焦點、前景無限
11．4．1競爭焦點
11．4．2前景無限
參考文獻

第12章仿生學基本原理
12．1需求性原理
12．1．1需求性原理的主旨
12．1．2單目標需求
12．1 ．3多目標需求
12．1．4需求的合理性與科學性分析
12．2模本原理
12．2．1模本優選原則
12．2．2單目標模本
12．2．3多目標模本
12．2．4模本優選與綜合優化
12．2．5模本的簡化與凝煉
12．3相似性原理
12．3．1需求與仿生模本的相似性
12．3．2相似性性質分析
12．3．3相似性方法優選
12．4可實現性原理
12．4．1仿生方案可行性
12．4．2仿生技術路線可行性
12．4．3仿生目標實現的風險性分析
12 ．5比較優化原理
12．5．1比較優化原理的內涵
12．5．2優於傳統
12．5．3優於非仿生
參考文獻

第13章仿生學基本原則
13．1主動仿生
13．1． 1高度重視培養仿生意識的自覺性
13．1．2高度重視走仿生創新路徑的主動性
13．1．3高度重視基於科學推動進行仿生的積極性
13．2綠色仿生
13．2．1綠色是仿生的前提條件
13．2．2仿生全程應是綠色的
13．2．3仿生成果的綠色管理與應用
13．3可續仿生
13．3．1仿生理念可續
13．3．2仿生路徑可續
13．3．3仿生資源可續
13．4最佳化仿生
13．4．1單目標最佳化與多目標最佳化
13．4．2局域最佳化與全域最佳化
參考文獻

第14章仿生研究的主要方法與技術
14．1仿生研究的主要方法
14．1．1理論分析法
14．1．2計算機仿真法
14．1．3相似模擬法
14．1．4試驗優化法
14．2仿生研究的主要技術
14． 2．1仿生建模技術
14．2．2仿生設計技術
14．2．3仿生製造技術
14．2．4仿生測試技術
14．2．5仿生效能評價技術
參考文獻