探讨仿生机械学及其应用领域

随着机械仿生在仿生学中的快速发展，逐渐形成了一个专门研究仿生机械的学科，称为仿生机械学。它是20世纪60年代末期由生物力学、医学、机械工程、控制论和电子技术等学科相互渗透、结合而成的一门边缘学科。通过研究、模拟生物系统的信息处理、运动机能以及系统控制，并通过机械工程方法论将其实用化，从而应用于医学、国防、电子、工业等相关领域，可产生巨大的经济效益。

仿生机械（bio-simulation machinery）是模仿生物的形态、结构和控制原理，设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。仿生机械学研究的主要领域有生物力学、控制体和机器人。生物力学研究生命的力学现象和规律，包括生物体材料力学、生物体机械力学和生物体流体力学；控制体是根据从生物了解到的知识建造的用人脑控制的工程技术系统，如机电假手等；机器人则是用计算机控制的工程技术系统。(www.xing528.com)

仿生机器人是仿生机械学中的一个最为典型的应用实例，其发展现状基本上代表了仿生机械学的发展水平。日本和美国在仿生机器人的研究领域起步早，发展快，取得了较好的成果。比如，日本东京大学在1972年研究出世界上第一个蛇形机器人，速度可达40cm／s；日本本田技术研究所于1996年研制出世界上第一台仿人步行机器人，可行走、转弯、上下楼梯和跨越一定高度的障碍；美国卡内基梅隆大学1999年研制的仿袋鼠机器人采用纤维合成物作为弓腿，被动跳跃时的能量仅损失20%～30%，最大奔跑速度超过1m／s等等。我国对仿生机器人的研究始于20世纪90年代，经过十多年的研究，我国在仿生机器人方面也取得了很多成果，研制出了相关的机器人样机，而且有些仿生机器人在某些方面达到了国外先进水平。比如，北京理工大学于2002年研制出拟人机器人，具有自律性，可实现独立行走和太极拳等表演功能；北京航空航天大学和中国科学院自动化研究所于2004年研制出我国第一条可用于实际用途的仿生机器鱼，其身长1.23m，采用GPS导航，其最高时速可达1.5m／s，能在水下持续工作2～3h；南京航空航天大学2004年研制出我国第一架能在空中悬浮飞行的空中仿生机器人——扑翼飞行器；哈尔滨工业大学于2001年研制的仿人多指灵巧手具有12个自由度和96个传感器，可完成战场探雷、排雷以及检修核工业设备等危险作业。