能量仿生.pptx

能量仿生.pptx

《能量仿生.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《能量仿生.pptx（109页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

神奇的仿生工程1神奇的仿生工程山东大学机械工程学院王卫国神奇的仿生工程课程主要内容课程简介2神奇的仿生工程第三章能量仿生3.2生物电仿生3.1能量仿生简介3.3生物光仿生3.4仿生光解水3.5能量仿生的前景3神奇的仿生工程第三章能量仿生3.1能量仿生简介4神奇的仿生工程3.1能量仿生简介能量仿生的分类能量仿生的方法能量仿生的发展过程能量仿生的概念53.1.23.1.13.1.33.1.4神奇的仿生工程3.1.1能量仿生的概念概念：

能量仿生模仿生物系统对能量的转化和利用的方式，来构建人类新的能量利用系统的一种科学方法。

它打破了人类与自然界能量传递的界限，将各种不同的能量联系起来。

6神奇的仿生工程生物能特点：

（1）可再生

（2）广泛存在（3）无污染生物能发电斯坦福大学的科学家共同设计的环保灯具73.1.1何谓能量仿生神奇的仿生工程3.1能量仿生简介能量仿生的分类能量仿生的方法能量仿生的发展过程能量仿生的概念83.1.23.1.13.1.33.1.4神奇的仿生工程1动物学能量仿生2植物学能量仿生3微生物学能量仿生4人体学能量仿生3.1.2能量仿生分类No.1按仿生对象分：

9神奇的仿生工程3.1.2能量仿生分类No.2按应用方向分：

1获得能源的能量仿生2获得技术的能量仿生10神奇的仿生工程3.1.2能量仿生分类No.3按仿生机理分：

1生物电仿生2生物光仿生3利用太阳能的仿生4化学能转换的仿生5生物节能的仿生11神奇的仿生工程3.1能量仿生简介能量仿生的分类能量仿生的发展过程能量仿生的概念12能量仿生的方法3.1.23.1.13.1.33.1.4神奇的仿生工程能量仿生的研究方法与步骤：

生物的结构、行为生物模型数学模型技术模型技术装置3.1.3能量仿生方法13神奇的仿生工程3.1能量仿生简介能量仿生的分类能量仿生的方法能量仿生的发展过程能量仿生的概念143.1.23.1.13.1.33.1.4神奇的仿生工程3.1.4能量仿生发展历程19世纪初期模仿电鱼发电器官发明干电池20世纪中期生物电、生物光领域发展迅速，取得很多成就21世纪仿生光解水兴起、航空航天领域应用前景广阔Whataboutthefuture?

能源之路15神奇的仿生工程第三章能量仿生3.2生物电仿生16神奇的仿生工程3.2生物电仿生生物电基本概念鱼类发电器官仿生人体动作电位仿生微生物膜电位仿生173.2.13.2.23.2.33.2.4神奇的仿生工程18生物电的概念生物电生物的器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位变化。

包括:

（1）细胞膜电位2心电3脑电4极性细胞电位3.2.1生物电基本概念神奇的仿生工程橘子电灯刘谦魔术沙雷菌的“天线”放电现象3.2.1生物电基本概念神奇的仿生工程3.2.1生物电基本概念

（1）细胞膜电位定义细胞膜内外之间的电势差，包括静息电位和动作电位。

静息电位未受刺激时，细胞膜两侧存在的电位差。

动作电位受刺激时，产生的可扩布的电位变化过程。

20神奇的仿生工程213.2.1生物电基本概念

（2）心电定义心脏起搏点、心房、心室相继兴奋时伴随着生物电的变化。

心电图神奇的仿生工程223.2.1生物电基本概念（3）脑电定义各种生理机能对应着大脑皮层中的电活动。

脑电图神奇的仿生工程3.2.1生物电基本概念（4）极性细胞电位极性细胞细胞之间存在电位差的细胞。

极性细胞电位极性细胞之间的电位差。

特点：

极性细胞排列方向不一致时，不产生电位差；极性细胞的排列方向一致时，产生电位差。

神奇的仿生工程243.2.1生物电基本概念生物电的特点1）生物电具有规律性2）生物电具有特殊的单位生物分子3生物电在移动中是变速的4生物电具有多频谱、多层次的广泛混频神奇的仿生工程3.2.1生物电基本概念25生物电仿生生物原型：

1电鱼原型：

电鳗、电鳐、电鲶等鱼类的发电器官2人体动作电位原型：

神经系统控制肌肉的活动的方式3微生物膜电位原型：

微生物分解有机物，细胞膜之间产生电流神奇的仿生工程3.2.1生物电基本概念通过学习生物电现象,得到什么启发？

生物电现象生理学揭秘人体生物电26神奇的仿生工程3.2生物电仿生生物电基本概念人体动作电位仿生微生物膜电位仿生鱼类发电器官仿生273.2.13.2.23.2.33.2.4神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生仿生原型电鱼发电器官电器官由“肌电板”（肌肉特化形成的）串接而成。

电位大小取决于细胞偶极子矢量组成数量得多少。

电鳗电器官电压可高达200866V电鳗电晕鳄鱼电鳗电压测试28神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生A电鳐B电鳗C电鲇电鱼发电器官结构：

电鳗的发电器呈菱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板电鲶的发电器成椭圆形，位于皮肤与肌肉之间，约有500万块电板。

29神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生原型的生理特点电器官中的极性细胞排列方向一致时，呈现出一定的极性与电位差。

类似于串联电位。

电鱼电器官的物理学模型30神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生仿生应用技术在盐溶液中，将电位不同的金属板通过导线连接起来，构造电位差，形成电流，对外部供电。

31神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生应用实例：

1799年，伏特以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏特电池。

伏特电池原理图32神奇的仿生工程3.2.2鱼类发电器官的仿生19世纪末，人们在伏特电池的基础上，不断改进，发明了干电池。

干电池结构33神奇的仿生工程3.2生物电仿生生物电基本概念鱼类发电器官仿生人体动作电位仿生微生物膜电位仿生3.2.1343.2.23.2.33.2.4神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生仿生原型人体动作电位人体中每个神经细胞都是一个电路单元,具有机能：

接受刺激传递信息处理综合信息人脑中的动作电位35神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生原型的生理特点由脑传到脊髓,再到肌肉组织,引起肌肉收缩；同时又起到反馈的作用。

生物电脉冲示图36神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生仿生应用技术从中枢神经系统引出电脉冲，传递给微处理器，经处理后，再传递给肌肉组织，控制器官运动或反馈。

如：

人造器官、电理疗等。

37神奇的仿生工程应用实例

（1）人工呼吸器

（2）人工视觉（3）人造手（4）心脏起搏器（5）自动麻醉机（6）全息生物电检测仪3.2.3人体动作电位仿生神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例

（1）人工呼吸器用呼吸神经信号控制的抢救器械。

39人工呼吸器神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例

（2）人工视觉小型电视摄像机，替失明的眼球。

原理：

把外景物成像并转换40成电信号，传递给大脑视觉神经系统，形成视觉。

人工视觉示意图神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例（3）人造手用肌电控制微型电动机带动机械部件完成的转动手腕、屈伸手指等动作。

人造手41神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例（4）心脏起搏器替代心脏的起搏点，使心脏有节律地跳动起来。

42心脏起搏器神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生心脏起搏器的原理由电池和电路组成的脉冲发生器，能定时发放一定频率的脉冲电流，控制心脏的跳动。

43心脏起搏器示意图神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例（5）自动麻醉机用病人的脑电进行控制，能够恰到好处地自动供给或撤除麻醉药物。

44自动麻醉机神奇的仿生工程3.2.3人体动作电位仿生实例（6）全息生物电检测仪采用生物电信息波提取法，在人体表面进行检测。

无创伤、无毒副作用。

全息生物电检测仪45神奇的仿生工程3.2生物电仿生生物电基本概念鱼类发电器官仿生人体动作电位仿生微生物膜电位仿生463.2.13.2.23.2.33.2.4神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生仿生原型微生物膜电位微生物分解有机物，细胞膜之间存在电荷移动现象。

细胞膜电荷移动47神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生原型生理特点微生物细胞释放出电子，产生膜电位差，形成电流。

48神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生仿生技术应用利用微生物分解有机物放电的特点，用特殊的装置引出细微的电流，形成供电装置或离子检测装置。

49神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生仿生应用实例1微生物电池2酶燃料电池3免疫传感器4电化学传感器神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生实例

（1）微生物电池微生物分解糖产生电能的新型电池。

输出功率50毫瓦。

51微生物电池神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生实例

（2）酶燃料电池酶与介体一起溶解在底物（燃料）中或固定在电极上形成的电池。

酶燃料电池52神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生酶燃料电池的基本结构模型53神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生实例（3）免疫传感器一类能检测抗原或抗体的传感器。

54免疫传感器原理图神奇的仿生工程3.2.4微生物膜电位仿生实例（4）电化学传感器用生物电的方式来分析化学问题的传感器。

55电化学生物传感器基本构成示意图神奇的仿生工程3.3生物光仿生第三章能量仿生神奇的仿生工程3.3生物光仿生人造冷光荧光标记技术生物光基本概念573.3.13.3.23.3.3神奇的仿生工程3.3.1生物光基本概念生物光现象生物光是生物世界里的普遍现象。

萤火虫、腔肠动物、节肢动物和鱼类等都能发光。

发光结构组成：

1荧光素2荧光酶3发光细胞4发光器（有的生物没有）发光章鱼58神奇的仿生工程593.3.1生物光基本概念

（1）荧光素具有光致荧光特性的物质。

（2）萤光素酶自然界中能够产生生物萤光的酶的统称其中最有代表性的是萤火虫体内的萤光素酶。

神奇的仿生工程3.3.1生物光基本概念（3）发光细胞发光生物体中，产生光源的特定细胞。

（4）发光器发光体晶体内细胞团反射器萤火虫发光器60神奇的仿生工程3.3.1生物光基本概念生物的发光有三种类型：

1细胞外发光，如海萤2细胞内发光，如萤火虫3共栖发光，如水母、枪乌贼等无论那一种发光，发光细胞中找到两种特殊的化学物质：

荧光素和荧光酶。

61神奇的仿生工程3.3.1生物光基本概念生物光的特点：

1只发光不产热，故名冷光2具有生物活性3生物光的能量转化率高（几乎是100%）62神奇的仿生工程3.3生物光仿生生物光基本概念荧光标记技术3.3.1633.3.2人造冷光3.3.3神奇的仿生工程3.3.2人工冷光生物光仿生的过程：

第一阶段，从发光器中分离出了纯荧光素第二阶段，合成荧光素酶第三阶段，人工合成了荧光素。

64神奇的仿生工程3.3.2人工冷光仿生原型萤火虫发光器由发光细胞组成的圆形或椭球形小球组成，夜间发出光亮。

萤火虫发光器65神奇的仿生工程3.3.2人工冷光原型的生理特点：

荧光素在荧光酶的催化发生氧化反应，荧光素分子释放光子，集合就成了生物光。

荧光素在荧光酶的催化下发生氧化反应66神奇的仿生工程3.3.2人工冷光仿生应用技术：

提取或合成荧光素酶和荧光素，用于制造人工冷光或生物理疗。

67神奇的仿生工程3.3.2人工冷光仿生应用实例:

（1）人工冷光

（2）冷光仪表盘（3）细菌灯（4）生物理疗仪神奇的仿生工程3.3.2人工冷光实例

（1）人工冷光用于易发生爆炸的危险地方，如：

油库、炸药库等场所。

69人工冷光的应用神奇的仿生工程3.3.2人工冷光实例

（2）冷光仪表盘节能、寿命长、光线柔和、颜色可以任意调整。

70采用冷光源的仪表板神奇的仿生工程3.3.2人工冷光细菌灯71实例（3）细菌灯一种简单的“冷光灯”，在灯的底部用胶管连接发光细菌。

神奇的仿生工程3.3.2人工冷光实例（4）生物理疗仪具有生物光活性的理疗设备，热量低，对人体伤害小。

具有生物光活性的理疗设备72神奇的仿生工程3.3生物光仿生生物光基本概念人造冷光荧光标记技术3.3.1733.3.23.3.3神奇的仿生工程3.3.3荧光标记技术仿生原型萤