GB_T 42444-2023 仿生学 术语、概念与方法论.docx

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1、ICS07.(W0CCSA40G日中华人民共和家标准GB/T424442023/ISO18458:2015仿生学术语、概念与方法论Bioinimetics-Termino1.ogy,conceptsandInethOdO1.Ogy(ISO18458:2015,1DT)202303-17发布2023-10-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会目次前*I引言I1.1范困I2规范性引用文件I3术语和定义I4仿生学的内涵34.1 仿生学的本质34.2 与相关科学的界限和交叉额城44.3 仿生产品及仿生流程45使用仿生学方法的需求与概况55.1 仿生学的可行性、性能和成功要素55.2 仿生学

2、和可持续性65.3 仿生学的局限性65.4 仿生学交流过程76工程仿生过程76.1 概述76.2 新思想的开发86.3 抽象和类比106.4 从计划阶段到发明阶段127仿生学创新方法的实施12附录A（资料性）示例14A.I计算机辅助优化14A.2仿生蜘姝丝15A.3进化算法16A.4AS条16A.5荷叶效应17A.6自锐刀具18A.7新艺术风格18A.8斐波纳契序列19A.9奥林匹亚屋顶19A.10纲筋混凝土19A.II总膜类比19参考文班21本文件按照GB,，T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则3的规定起草.本文件等同采用ISO18458:2015仿生学术语、

3、慨公与方法论8。本文件增加了,规范性引用文件-T.请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的贡任.本文件由中国机械工业联合会提出并归口本文件起点单位：北京机械工业自动化研究所有限公司、占林大学、奥精医疗下”支股份有限公司。本文件主要起草人：秦修功、张志辉、江月、于征薪、王书鹏、张宝玉、尹作重、高雪芹、邵艳龙、林志庆、任露泉.姜江、孙逊、唐聪、杜已超、聂H临、仇确.侪生学被认为是面向实际应用效益的研究与开发方法，通过分析从生物系统中所获取的知识，寻找解决何时的方案、创造新的发明创新,并将这些知识转化到技术系统.这种将生物学原理转化到技术额域的思想是仿生学的核心内容（见翦

4、I章仿生学的内涵）。物生物学解决方案转化到技术应用，其背后的最基本动机是源于生物结构可以根据它们的福要进行优化，并由此成为重要H.令人信服的应用的灵遇源泉。到目前为止，己有超过二百五卜万种物种及其具体的特征在一定程度上被鉴定和描述.因此，对于仿生学而言，有大量的可供解决实际问侬的参照.纵观历史,仿生学的发展可分为以下几个阶段口：约在20世纪50年代，以模型为基础的仿生学被首次引入.主要用于飞机.车辆、船舶的设计和建造通过基于相似理论推导出的建校规则,将生物系统的原理转化到技术设计中。20世纪60年代左右,由于受到控制论的影响,仿生学的两大支柱（生物学和技术）首次在诺言学上结合.并建立了共同的诺

5、言学和方法论基础.这一基础为仿生学领域的核心要素一一知识的转化英定了.重要基础自1980年以来，仿生学已经延伸至微米和纳米尺度（例如荷叶效应的内容2J测量和制造技术新方法的出现是实现这些拓展的关键，特别是20世纪90年代以来，由于计算机科学、纳米技术、机电一体化和生物技术等相关领域的迅速发展，仿生学得到了进一步的推动。在诈多情况下，正是这些领域的新发展使更杂生物系统的转化成为可能3,如今.仿生学日益被视为是一门已在产品与技术方面取得了众多创新的科学学科.这种高度劣学利的合作特点汇集了来自生物学、工程科学和众多其他学科领域的专家,具有极大的创新潜力4.中此，仿生学现己成为许多大学和校外研究机构研

6、究和教学的对象，同时，制造企业也越来越多地游向朱用仿生学方法开发新产品或优化现有产品。尽管越来越多的研究人员和用户活跋在仿生学颗城，从生物学领域到技术领域的知识转化仍是一个史余的过程，因而对相关人访提出了很高的要求.大自然中有许多“巧妙的解决办法”,通常可以凭宜觉理解：然而，要解择其潜在的机利特别是解择它们如何应用于技术却并非易事.这种差异是它的与当前和未来仿生学领域持埃相关的原因之一，并将花米来儿I年持续存在5。仿生学术语、概念与方法论1%9本文件对仿生学领域进行了分类和定义，对许多仿生学术语迸行了描述，为科学、产业和教方界的仿生学术语提供了框架，同时，给出了从新思想开发到将仿生学方法应用到

7、侪生产品过程的描述。木文件还阐述了仿生学作为一种创新方法或可持续发展策略的潜力和局限性.此外，本文件概述了仿生学在不同额域的应用.并描述了仿生学研发方法与经典研发形式的区别.如果一个技术系统是按照本文件进行开发的，那么它可以被称为仿生”系统。木文件为仿生应用提供了合理的框架.旨在为仿生学领域I：作的科学家和工程帅提供一种通用的语言，为想要了解仿生学开发过程，并希型将仿生学方法应用到工作中的开发、设计人员和用户提供指导和支持，任何与自然界创造的生物学系统足坡相似，并可用于其技术等价物开发的目标技术系统，均适用于本文件.2规范性型用文件本文件没有规蒐性引用文件.3g下列术语和定义适用于本文件。3.

8、1抽象abstraction根据时某个特定时象的观察得出一般性结论的归纳过程.注：在仿生学中,这馅论是描述生物学系统潜在功能用宦行原则的理想物理环境.3.2类比UnHIUgy用于描述两个不同系统相关数之间关系的相似性，注I：对相关参数的规范是抽象(3J)的对望.从M在仿生学9)领域的定义米价,两个系统JW中之为生郴*36),另T超矽啦术目标系绿注2：在生物学中，“类比”一词是指不同生物体之间功能技征的相似性.这种相似性是由于适应的需要，而不是由于生物体之间力架种联系.相反,基于依献系的相似性.因而基于逋传估息的相似性,被称为同琳t.在生物学巾，“类比”一词已被动杰地触匕尤其城附的是两种进发J起

9、点Z间的差异.33分析ana1.ysis采用适当的方法将生物或技术系统分解成各个纲成都分，然后对各个部分进行组合和评价的系统检查.注：就“分解成各个部分这一方面而言，与分析相反的概念被称为合成(三D.3.4生物工程bioengineering工程知识在医学或生物学领域的应用,生物灵感bioinspiration基于对生物系统(36)的观察的创新性方法，注：j生物系统(3.6)之间的关系可能只是欣航的.3.6生物系统bio1.ogica1.system起源于生物世界的一祖从纳米尺度到宏观尺应的可观测元素的集合.3.7生修学推动bio1.oRjpush以在生物学领域的基图研究中狭得的知识为起点，应

10、用于新技术产品开发的仿生开发过程.注1：花技术僦，生助步推动被认为是个自卜而上的过程.注2：在设计研究领域.牛.初学推双皴认为是“解决方案累劲”.注3:忿见技术拉动19).3.8生物模拟biomimicry生物模仿bionimc1.ism以自然为模型的哲学和跨学科设计方法，用以迎接(社会、环境和经济)可将犊性/可持候发展(3.17)的虢战.3.9仿生学biomimetics以解决实际问题为目标，通N对生系统(3.6)的功能分析，将其抽傥(3/)为模殷(3.15)、并将这些模型转化为解决方案,并应用于实际问题的生物学叮技术或共他创新领域的跨学科合作.注：满足表1中的准烦至准则3的产AN称为仿生产

11、品.3.10生物机械学bio11k,s通过电子和/或机械等价物实现对生物功能的发制、提升成3代的技术学科.3.11构件Coaponent不能再进一步分解的装配部件。3.12功能function系统(3.18)在环境中的行为所起的作用.3.13发明invention创造新的或优化的事物的行为.或这种创造行为的产物.注：因为S蜥的前提要进行市场If故,因而发明彳初瑜蜥，3.14材料ma1.criu1.用于制造和运行机器,以及建造各种结构的物质的统称.注1：“材料”词在卜文中被I1.即所有生物村样修怵J的统称.注2：它包制喇W、加1.M料(！如、半成丛.辅助川运行M科及零部件秘为配件.HH词独曲MK

12、(a20).注3：生物材料是由生物体产生的有机和阈T物枷吼由于其从分子水平到宏观水平的多级济构，在生物学领域.“竹料”和结构”这两个术语无法破明W区分.3.15模型mode1.源对生物系统6）观察所彻到的连贯、可用的抽象（3.1）3.16ttWS1.ruchireO1）中构件（3的类型和排列.3.17可持霞性Kiistainahi1.ity可持续性发展sustainab1.edeve1.opment满足当代人的需求,同时不会危及后代满足自身露求的发展.&门然科技类抑研新处捌城如通过向具械则破负抵初腑和可盘燎的完知燃i坏学习而获得UJ3.18系统system由相互作用或相互依敕的构件（3.11）

13、形成的一个具有确定边界的整体。3.19技术拉动techno1.ogypu1.1.通过对生物原理的转化和应用，使现有的功能性技术产品获得新功能或改进功能的仿生学开发过程.注1：技术拉动被认为是自上而下的过阳注2：花设计研究技术方面，拉动被认为是“向黝的为型”.注3:参见生物学推动G7）。3.20IQXtfMworkingmateria1.在已形成或未形成（冏体、液体或气体）状态的情况下制饴原材料,用于制造零件.半成品、铺料或操作材料。4仿生学的内裔41仿生学的本质仿生学的成功应用主要体现在其将生物学知识和想法转化到技术或其他创新领域中,即受自然启发的实际开发应用，在电立生物学起点后，通常还要经历

14、几个抽象和修JE优化的步骤，仿生学领域具有而度的跨学科和多学科性质，主要体现在不同研究领域专家，如生物学家、化学家、物理学家、工程师和社会学家之间的高水平合作.依据仿生学的应用程度,它可以被视为一门科学学科、一种创新过程，或是一种创新技术,在创新管理中，仿生学则是众多创新技术中的一种，然而，如果仅仅将其视为一种创新技术，它的潜力将无法知到充分的展现.因为在这种情况下，新思想的开发往往停留在寻找生物系统和技术向应之间明显相似性的水平，而没有时工作原理进行系统的分析、抽象或转化。仿生学的创新过程始于将生物系统与特定的技术问题联系起来,其特点是它将对生物学领域知识的关注与实现获得真正技术实现的目标结

15、合起来.在仿生学中,对生物系统的概念性兴邂和研究都是面向应用的.在这种情况下.结构与功能的关系尤为重要.在机体生物学的框架下.这些关系主要来源于功能形态学分析.一个成功的仿生流程的关位部分就是生物研咒与产品和流程的开发工程之间的接口设计.仿生学不但将抽能的生物学成果转化为技术,而且将工程方法应用于生新系统，并将生物系统的知识整合到技术开发中，因此，各学科之间有效和多层次的知识,特别是方法方面的转移,构成了成功的仿生开发过程的基础-仿生学建立在生物学基础研究的基础之上。然而，由于其定义的正点为应用，因此仿生学主要是将应用身向型研究以及应用研究集成到产品或流程的实际开发中去。由于在本质上仿生学是一种创新过程，因此它日前正逐步成为一门独立的科学学科.一方面，仿生学正稳步发展为一个集相互关联的科学事实、理论和方法为一体的系统：另一方面,一些群体正在仿生学的躯帜下建立协会、研究和教育机内，以及交流工具