仿生学

仿生学,科学建设人工系统,有一些生命系统的特点。仿生学不是一个专门的科学,而是一个跨学科纪律;它可能与之相比控制论。仿生学和控制论已经称为一个硬币的两面。都使用生命系统的模型,仿生学为了找到有用的人工机器和系统的新想法,控制论寻求生命的行为的解释。

仿生学是截然不同的生物工程(或生物),这是使用生物工业执行某些任务,如文化酵母的石油提供食物蛋白质,使用低品位矿石的微生物能够集中的金属,和废物的消化细菌生化电池提供电能。

自然的模仿是一个古老的想法。许多发明家都模仿动物机器整个世纪。复制从自然有着独特的优势。地球上大多数生物现在是二十亿年的的产物进化,机器工作的建设环境类似的生物可以获利巨大的经验。虽然最简单的方法可能被认为是直接模仿自然,这通常是困难的,如果不是不可能,因为规模的差异等原因。仿生学研究人员发现,更有利的原则理解为什么事情在本质上比盲目复制的细节。

下一步是广义寻找灵感来自大自然。生物可以从几个研究的观点。动物肌肉是一种有效的机械运动;太阳能存储在一个化学形式通过植物几乎100%的效率;传输内的信息神经系统比最大的电话交流更复杂;解决问题由人类大脑超过迄今为止最强大的超级计算机的能力。这些例证的两个主要领域的仿生学研究信息处理和能源转换和存储。

生物体的信息网络的一般模式如下:环境感觉器官接收到的意义,然后通过神经编码到信号处理中心和大脑的记忆。蝰蛇亚科的Crotalinae(包括响尾蛇),例如,有热感应机制位于鼻孔和眼睛之间的坑。这器官很敏感,它可以检测鼠标在几米的距离。尽管人造红外探测器存在更敏感,仿生学仍然可以从研究毒蛇中获利。首先,它将会是很有趣的和潜在的价值理解的原则,能量转换发生在响尾蛇的红外坑,以及神经受到刺激的过程中缺乏一种放大机制。另一个突出的例子是odour-sensing器官的蚕蛾,以下物质森。男性可以检测化学分泌的女性小至几个分子的数量。

导体,如电话线的信号减毒沿着线传播,和放大器必须放置在间隔强化。这不是动物的神经轴突:神经冲动从感觉器官不削弱发布旅行沿着轴突。这种冲动可以旅行只有一个方向。这些性质使神经轴突逻辑运算的能力。1960年,一个半导体器件被称为neuristor设计的能力传播一个信号在一个方向上没有衰减和能够执行数值和逻辑操作。neuristor计算机,灵感来自自然模型,模仿动态行为的自然神经信息网络;每个电路顺序可以不同的操作方式类似于神经系统。

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另一个问题感兴趣的仿生学是生命系统利用信息。在不断变化的环境中,人类评估替代课程的行动。每种情况在某种程度上就像经历过。“模式识别”,人类行为的一个重要元素,影响仿生学。设计一个人工的一种方式机模式识别属性是使用学习过程的能力。实验版本的这样的机器已经开发;他们学习通过建立和修改大量的之间的联系可能的替代路线网的途径。然而,这种学习是不动基本的和远离人类。

第一个基本区别现有的电子计算机和人类大脑在于记忆的组织方式。无论是在内存生物或机器,主要问题在于检索信息一旦被存储。该方法电脑使用被称为“寻址。“一个计算机内存可以比作一个大架子上的盒子,每一方都有一个特定的号码或地址(位置)。可以找到一个特定的块信息如果没有马上,pigeonhole-is已知的数量。人类记忆的运作在一个非常不同的方式,使用协会的数据。信息检索根据其内容,而不是根据外部地址人为地补充道。这种差异是定性以及定量。人造内存设备现在使用构造关联原则,和在这个领域有巨大的潜力。

第二个主要电子计算机和人类大脑的区别驻留在处理信息的方式。计算机处理精确的数据。人类接受模糊数据和执行操作不严格严格。同时,计算机执行只有非常简单的基本操作,生产通过执行一个复杂的结果巨大的这样简单的操作以非常高的速度。相比之下,人类的大脑并行执行速度低但而不是在序列,同时生产几个可以比较的结果(另请参阅人工智能)。

在生活世界中,能量存储在化合物的形式;它的使用总是伴随着化学反应。太阳能被储存植物通过复杂的化学过程。肌肉运动的能量是来自化学变化。产生的光生物如蘑菇、化学起源的萤火虫,某些鱼类。在所有情况下,能量转换非常有效而热引擎。

一开始是在了解这些转换发生在生活物质的性质和复杂的生活膜所扮演的角色。也许一些分子复杂性和脆弱性的局限性可以克服人工artificial-energy机器和比自然膜更好的成果。