當今世界上存在的千萬種生物，都是經過億萬年的適應、進化、發展而來，這使得生物體的某些部位巧奪天工，生物特性趨于完美，具有了最合理、最優化的結構特點、靈活的運動特性、以及良好的適應性和生存能力。

自古以來，豐富多彩的自然界不斷激發人類的探索欲望，一直是人類產生各種技術思想和發明創造靈感不可替代、取之不竭的知識寶庫和學習源泉。道法自然，向自然界學習，采用仿生學原理，設計、研制新型的機器、設備、材料和完整的仿生系統，是近年來快速發展的研究領域之一

仿生學

仿生學是研究生物系統的結構、性狀、原理、行為以及相互作用，從而為工程技術提供新的設計思想、工作原理和系統構成的技術科學，是一門生命科學、物質科學、數學與力學、信息科學、工程技術以及系統科學等學科的交叉學科。1960 年 9月，第一次世界仿生學大會在美國俄亥俄州的空軍基地召開。此后幾十年中，世界各國競相展開仿生技術研究，仿生學理論和技術迅速發展，新的仿生原理和仿生裝備不斷涌現。

仿生機器人研究現狀

縱觀仿生機器人發展歷程，到現在為止經歷了三個階段。

第一階段是原始探索時期，該階段主要是生物原型的原始模仿，如原始的飛行器，模擬鳥類的翅膀撲動，該階段主要靠人力驅動。至 20 世紀中后期，由于計算機技術的出現以及驅動裝置的革新，仿生機器人進入到第二個階段，宏觀仿形與運動仿生階段。該階段主要是利用機電系統實現諸如行走、跳躍、飛行等生物功能，并實現了一定程度的人為控制。進入 21 世紀，隨著人類對生物系統功能特征、形成機理認識的不斷深入，以及計算機技術的發展，仿生機器人進入了第三個階段，機電系統開始與生物性能進行部分融合，如傳統結構與仿生材料的融合以及仿生驅動的運用。當前，隨著生物機理認識的深入、智能控制技術的發展，仿生機器人正向第四個階段發展，即結構與生物特性一體化的類生命系統，強調仿生機器人不僅具有生物的形態特征和運動方式，同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。如隨著人類對人腦以及神經系統研究的深入，仿生腦和神經系統控制成為了該領域科學家關注的前沿方向。

我國仿生研究起步較晚，近 30 年來在 NSFC的大力資助下，經歷了跟蹤國外研究、模仿國外成果到局部領域齊頭并進三個階段。如北京航空航天大學孫茂教授利用Navier-Stokes方程數值解和渦動力學理論研究了模型昆蟲翼作非定常運動時的氣動力特性，解釋了昆蟲產生高升力的機理，為微型仿生撲翼飛行器的設計提供了理論基礎，在國際昆蟲撲翼飛行機理研究方面占有一席之地 。哈爾濱工業大學劉宏教授研制的類人五指靈巧手，能靈活運動并進行物品的抓取，技術指標與國外同類產品相當。

仿生機器人存在問題

仿生機器人從誕生、發展，到現在短短幾十年的時間里，對其研究取得了一系列的成果，開辟了機器人領域獨特的技術發展道路和研究方法，大大開闊了人們的眼界，顯示出了廣闊的應用前景和極強的生命力。但由于其學科交叉性，發展至今依然存在“形似而神不似”、達不到生物系統的精巧程度、實際應用有限等諸多問題。究其原因，主要是在生物機理、機構及驅動設計、仿生材料、仿生控制、生物能量利用等方面存在問題。

這些年來，通過 NSFC 項目的資助，中國在仿生機器人研究領域已經取得了一定的成績，對陸（陸地爬行的）、海（水中游的）、空（空中飛的）的常見生物體都進行了不同程度的仿生研究。但由于僅僅對其自然功能與特性作簡單的認識層面的解讀，沒有真正理解自然界生物所具有的機能，因而研究工作常常“蜻蜓點水”，未能在國際上形成中國特色的仿生機器人研究一席之地。

仿生機器人發展趨勢

目前，隨著生物結構和功能逐漸被認知和掌握，仿生機器人技術已逐漸應用于軍事、生產生活、康復醫療等諸多領域。仿生機器人研究的前提是對生物本質的深刻認識以及對現有科學技術的充分掌握，研究涉及多學科的交叉融合，其發展趨勢應該是將現代機構學和機器人學的新理論、新方法與復雜的生物特性相結合，實現結構仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生和群體仿生的統一 ，以達到與生物更加近似的性能，適應復雜多變的環境，最終實現宏觀和微觀相結合的仿生機器人系統，從而實現廣闊的應用。

自然界的生物在 35 億年的物競天擇中，表現出了完美的生物合理性和對自然環境的高度適應性，這為機器人的研究發展提供了新思路、新方法，使得機器人這一學科突破了原有技術的束縛，借大自然之手開辟出仿生機器人這一新的發展道路。隨著對仿生機器人研究的不斷深入，生物的部分結構特性和功能已經被逐漸揭示，在仿生結構、仿生材料、生物信息感知等仿生機器人的重要領域取得了一定的研究進展，部分研究成果已經逐步在生產生活中開展了試驗性應用，其優良的性能顯示出了仿生機器人廣闊的前景。然而，現有仿生機器人的功能特性仍然與被模仿的生物存在很大差距，究其原因，仿生機器人的研究還存在對生物機理揭示不深，仿生結構、仿生材料、仿生控制、仿生能量等方面都與生物相應特性差距較大等問題，這都限制了仿生機器人的發展。在未來的發展中，應逐步摒棄傳統的機器人研究方法，利用多學科優勢并從生物性能出發，使得仿生機器人向著結構與生物材料一體化的類生命系統發展，從而在生產生活中發揮重要的作用。