大自然已经创造出了你能想到的一切

——阿尔伯特·爱因斯坦

课程信息

课程名称：仿生学探索与实践

课程属性：通识选修课（科学课组）

课程号：01510732

学分学时：2学分，32学时

上课时间：每周五下午13:30-16:05（3学时）

上课周次：1-12周

上课地点：李兆基科技大楼B634

授课教师信息

主讲教师：梁雄

电话：13051363887

邮箱：liangx15@tsinghua.org.cn

课程介绍

为什么变色龙会变色？

蝴蝶如何操纵光线来创造色彩？

“鸡头防抖”的原理是什么？

为什么说“飞蛾扑火”是千年的误解？

螳螂虾的“灵光波动拳”如何打出远超太阳表面的高温？

生物之间的“电子战”又是怎么回事？

……

你是否对上面这一系列的问题感到好奇，想要探寻答案？

如果你的回答是肯定的，那么

「仿生学探索与实践」这门课程一定不会让你失望！

*蝴蝶翅膀的结构色

·关于仿生学

师法自然：受大自然启发的创新！

自然界的生物为了生存，必须造就适应环境、延续生命的本领。而「仿生学」正是模仿生物与自然，创造人工技术与产品的科学。从人类制成的第一把石斧、第一个轮子到第一架飞机，都能寻到仿生的影子。许多影响人类文明进程的重大发明都得益于仿生学。雷达、空空制导、高速列车、机器人、合成生命、鲨鱼皮泳衣、尼龙搭口、不粘炊具等重大科技成果都和仿生学紧密相系。仿生学是当前发展最快、活力最强、应用最广的学科之一，仿生材料、仿生建筑、仿生算法、仿生管理、仿生健康工程、仿生增材制造、仿生潜艇、仿生拟态计算机等等，越来越多的仿生理念颠覆想象，越来越多的仿生技术冲击视野，越来越多的仿生产品层出不穷，仿生学已经站在了多学科交叉的最前沿与制高点。

*仿生学的重要价值

*近40亿年进化，“物竞天择”的生物世界是技术创新

不可替代、取之不竭的知识宝库和学习源泉

仿生学的重要应用领域（部分）

·关于本课程

从古代鲁班受芒草启发发明锯子，到今天人工智能中的神经网络算法、蚁群算法，以及手机中性能强劲的仿生芯片，被誉为“新世纪原始创新的动力与源泉”的仿生学

始终能够为人类进步提供富有创造性的解决方案。

在本课程中，你可以了解各种让人拍案叫绝的仿生案例，培养自己通过仿生思维和原理解决实际问题的创新能力。

例如：“一天竟完成顶级工程师几十年的工作，无脑生物黏菌为什么被称为路径规划大师？”在我们的课程中，你就可以亲自养一团黏菌当“宠物”，来受他们神奇而高效的路径规划能力！

*黏菌路网规划实验

（PS：本课程是以仿生学教学为主的通识选修课，旨在使学生了解仿生学的基本知识，不会涉及过于专业的仿生学理论，因此不要求任何相关基础，同时由于仿生学天然的学科交叉属性，无论你来自哪个专业，都能从中受益！总之一句话：任何专业、零基础都可选课！！！）

·课程内容

本课程是以仿生学基础教学为主的通识选修课。课程以加强学生能力培养和素质教育为主，通过大量生动有趣的仿生应用案例，使同学们了解并掌握仿生学的基本知识，更重要的是建立起通过仿生思维解决实际问题的意识。课程中会引用Nature、Science、PNAS等国际著名刊物最近年份发表的许多研究实例，体现仿生学的最新研究成果和发展态势，使学生能够触碰学科边界。

本课程还精心设计多个实践环节，如仿生鱼鳍制作、仿生信息观测、仿生产品设计与制作……，同时还安排有北京动物园的考察调研活动，通过这些项目，使同学们在锻炼实践能力的同时，对仿生学内涵以及仿生技术对未来社会所产生的深远影响进行深入思考。

It’s time to ask nature！快来选课一起踏上神奇仿生学的探索之旅吧！

往届同学们的精彩作品（部分）

*仿生水母机器人

*水泓生态——基于仿生设计的海上牧场

*晴空——基于蠼螋折翅机理的创意仿生折扇

*拟蛇仿生软体机器人

*蜥蜴自切尾骨折仿生模型及应用

「往届同学们的课程感悟」

“最初选这门课，我是觉得仿生学是从未接触过的领域，但又在生活中有重要应用，所以很想了解一下现在的仿生学发展到什么程度？仿生是只能模仿动物植物，还是自然界其他资源也有被我们模仿学习的价值？随着一堂一堂课的讲解和实践，我也达到甚至超出了最初选课的期待——不但让我对仿生学的研究价值有了更深的理解（这个领域远比我最初想象的重要得多、应用也普遍得多），也很意外地了解了很多从未想到过的动物“超能力”（真的大大拓宽了眼界，以前只知道自然界很牛，现在才知道它有多牛）。总体来说这真的是一门超出我预期的课，本来以为与应用有关的课程会很枯燥，但是老师真的做到了让它有趣、且能长见识、还能亲身实践——作为科普性的通识类课程，一学期上完对仿生学的各个方面都有了初步了解，在内容的广度和丰富性上都很棒。（老师真的好好啊！！！！不但上课准备内容丰富，课下还尽可能帮我们解决各种问题，遇到这样的老师真的是我的幸运。以后希望有机会能跟老师多多交流~也祝这门课越来越好！）”

“我想特别感谢老师。在大学四年中，我上过很多教授开设的若干门课程，但是您的课程是我在大学校园中上过的很少有的、真正用心的课程，也能看出您对于研究领域的热爱和热情。从您每节课清晰又素材丰富的ppt，到鲨鱼鳍制作、高速摄影、黏菌路径规划和木头迷宫制作、蝴蝶标本、动物园实践、仿生机器人体验、两次3D打印体验等等活动，我都认为设计的非常用心，课程体验也非常棒，让我在收获理论知识的同时从实践中也获得了对于仿生学这门学科直观的认知。……有幸的是在本科的最后学习了这门仿生学探索与实践。最后的最后，祝老师这门课程越办越好，未来也能有更多同学接触和喜欢上仿生，学这门神奇的学科。”

欢迎大家选课！

更多仿生学相关素材，可参看以下链接：

[1] TED演讲：不可思议的现代仿生学[EB/OL]. [2022-08-16]. https://www.zhihu.com/zvideo/1311133459856252928?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=58073695649792.

[2] 神奇的材料 | 从“蜘蛛丝”到纤维，仿生材料竟然有这么多奥妙！[EB/OL]. [2023-02-03]. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3ODIwMzU5OQ==&mid=2247523020&idx=1&sn=2e109a5d230d940eaeddd26d62d8a156&chksm=eb58476cdc2fce7a93593910baf7effe84829bccced1829b76cb1e362df865e13590284d6905&scene=27.