仿生學（Bionics）下

Posted on 2013/10/24 in 生命科學, 生命科學與生活科技 with 沒有迴響 7,188 views

仿生學（Bionics）下
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

$$(3)$$ 能量仿生：研究與模仿生物體內的生物發光、生物電bioelectricity（發電器官、神經器官、肌肉）、或肌肉直接將化學能轉換成機械能等能量轉換過程。

光合作用是植物利用葉綠體將太陽能轉化為醣類的天然分子機器，仿生科技製造奈米機器人仿生葉綠體，能直接吸收太陽能並轉化為糧食。生物細胞中有另種天然分子機器–粒線體，將食物中的能量藉由氧化作用而釋放出來。

製造奈米機器人仿生粒線體，用於研究衰老、衰老帶來的疾病如心臟病、糖尿病、關節炎、帕金森氏症等，或研究因運動產生的疲勞作為生物奈米醫學發展的基礎。

人造肌肉是應用改良的電流驅動聚合物（electroactive polymer，EAP），通上電流就能產生動作的塑膠所製出的產品。這種能產生動作的「致動器」（actuator）裝置，使人工肌肉只需經由神經刺激改變長度，人造肌肉就可產生力量來眨眼、舉物或是騎腳踏車。類比肌肉，也可仿生製造微型電動馬達的驅動裝置。

加州門洛帕克的史丹佛研究所（SRI International）SRI 已申請專利的電流驅動聚合物EAP技術，製造電子式的人造肌肉材料。應用專利技術製造的新式致動器做出更輕小、更便宜的各式微型電動馬達，來取代傳統的驅動機制應用於醫療器材、鞋類、玩具、汽車以及電子產品等。

$$(4)$$ 資訊與控制仿生：研究與模擬感覺器官、神經元與神經系統和中樞神經的資訊活動與控制等。

2011 年科學雜誌報導 CoenElemans 的文章 “Superfast Muscles Set Maximum Call Rate in Echolocating Bats” 回聲定位蝙蝠利用超高速肌肉產生最快速的呼叫頻率，喉頭的「超高速肌肉」可以每秒 $$200$$ 次的頻率收縮而產生超音波，由鼻子或嘴巴發出超音波，由耳朵收集來自障礙物或獵物的回聲，神經系統可分辨回聲的強度、頻率、方向、時間差而精準的偵測獵物的位置、移動方向、移動速度、體型大小或表面的微細構造。

雷達與聲納皆仿生蝙蝠的回聲定位，雷達利用天線發射高能電磁波至空間，再由天線接收空間物體所反射之電磁波,來精準計算接收物的方位、高度、速度與形狀，應用於軍事、飛機與氣象等。聲納（sound navigation and ranging，SONAR）是「聲音導航與測距」的英文縮寫，利用聲波在水中的傳播特性，通過聲與電的轉換和訊息處理，進行探測距離、定位和通信的電子設備。人類仿生的儀器體積碩大，如何學習蝙蝠小小身軀內的精密神經系統控制，是仿生科技的發展重點。

人工內耳（Silicon Cochlea）模擬內耳毛細胞的功能，將聲音的震動產生的機械能轉換成電能，利用人工電子耳語音處理器的語音處理系統將聲音訊號轉變成電訊號，再經由適當的電極刺激耳蝸後再傳到腦部。

資訊和控制仿生就是模仿神經系統的自動化與智慧控制，研究大腦的記憶和思維過程，與神經科學中神經系統的結構、功能、發育和生理等，由行為與學習等現象來啟發人工智慧和智慧機器人的仿生科技。

Business 2.0 Magazine 於 2007 年預測仿生學是未來開創美好新世界的八大科技之一，以「以大自然的方式設計產品」（Product design, nature’s way）為題，提出仿生設計對人類生活的衝擊，未來的趨是：有一種新型態的發明家是以地球的奇蹟為師，將它轉變成卓越的真實世界產品。