什么是仿生学（仿生学原理是什么）
2004年，南航第一代“大壁虎”仿生机器人问世。经过7年的更新和改进，研究团队在改进运动协调、遥控和电机更新的基础上，终于在2011年成功实现了“大壁虎”的90度自由爬行。
该研究由南航戴振东教授牵头。期间，戴振东教授负责“壁虎仿生机器人关键基础”项目。在这个项目中，他们建立了一个标准化的实验动物饲养系统来研究壁虎的运动。仿生学所需要的神经信息学和运动学协调的基本问题，为特种机器人学、神经信息学、运动生理学等相关学科的融合与交叉发展奠定了基础。
据雷锋网AI科技评论，自南方仿生结构与材料保护研究所成立以来，戴振东教授团队先后对壁虎、鸽子、树蛙和十余种昆虫鞘翅进行了研究。十种叶片的微观结构和疏水性关系。现在，可以90度自由爬行的壁虎机器人已经过去了7年。相信大家一定对自己的最新研究非常好奇。
作为中国仿生学研究领域的领军人物，戴振东教授将莅临CCF-GAIR会议，带来主题报告，与大家分享仿生机器人的研究经验和未来发展。
会前，雷锋网AI科技评论对戴振东教授进行了邮件采访。谈及本次仿生机器人论坛的亮点，戴振东教授表示，本次论坛将理论联系实际，有前沿探索，也有实际应用。
采访中，戴振东教授表达了以下观点：
戴振东教授还提出了仿生学研究存在的问题——了解动物运动的生物学家不了解机器人控制，而做机器人控制和软件编程的研究人员很少知道机器人是如何运动的。他说，这两个领域的专家需要多交流，多思想碰撞。
戴振东，博士，教授，博士生导师。1983、1986年和1999年毕业于南京航空航天大学，分别获得学士、硕士和博士学位。2002年创办仿生结构与材料保护研究所并任所长。国家自然科学基金第十四信息部顾问、评审专家，国家863计划评审专家；国际仿生工程学会中方代表、固体润滑国家重点实验室学术委员会委员、摩擦学学会常务理事；中国仿生学工程学会筹委会委员；
出版专着《动物行为仿生学》、《壁虎的动力学力学与动力学仿生学》、《摩擦系统热力学导论》等4部专着。发表期刊论文260余篇，所领导的研究所所有教师均由国家自然科学基金委员会主持。现主要从事运动仿生学（仿生学和生物机器人）、轻量化和多功能仿生结构与材料、摩擦系统热力学和表面技术的研究。
以下为雷锋网AI科技评论对戴振东教授的专访：
1.仿生学融合了生命科学、脑科学、工程、数学等学科。你会用什么关键词来定义这个学科？它与其他学科的交叉和关联主要集中在什么水平？
仿生学是一个涉及多个学科的交叉前沿领域，要给出准确的关键词并不容易。我想用“跨学科融合”、“启发原创”、“前沿探索”、“工程应用”来表达。
仿生学与其他学科的交叉和关联体现在很多方面。有两个核心点：
以我熟悉的运动仿生学为例，由于工程对动物机器人的需求，导致对动物脑运动核、核之间的联系以及神经信息交互机制的研究，在学术界鲜有关注。脑科学和神经科学领域。问题。另一方面，微电极阵列的制造和植入需要机械工程和生物力学的介入，神经信息的采集、传输、处理和分析需要微电子技术、无线信息传输技术、数学等学科的融合。
以运动力学研究和仿壁虎机器人的控制策略为例，人们此前还没有意识到壁虎运动反力模式的重力角相关性。相关性，为爬壁机器人的控制提供了直接的灵感。在这个过程中，机械工程和测试技术是力传感器和运动反作用力测试系统发展的支撑。计算机和信息处理为后续分析奠定了基础。研究成果不仅丰富了生物学的内涵，也启发了仿壁虎机器人的控制设计。
综上所述，仿生学是一座可以沟通、连接不同学科、实现共赢的桥梁；仿生学是播种机，是原始创新的源泉和种子。
2. 国内仿生学的主要研究有哪些？与国外相比，国内仿生学研究的重点有哪些异同？
中国仿生学研究源远流长，“道法自然”是中国哲学的核心内涵之一。
中国当代仿生学研究始于1950年代。中国科学院生物物理研究所进行了很多开创性的探索，可惜在文革期间中断了。1990年代，陈炳聪院士、任禄全院士在仿生防粘连方面进行了开创性的工作，实现了技术成果的转移和商业化应用。
中国科学院、北京航空航天大学蒋磊院士在表面疏水-亲水、疏油-亲油研究领域具有世界一流水平，形成了具有中国特色的理论体系和指导原则，技术成果已也得到了很好的应用。
进入21世纪以来，国内仿生学研究队伍迅速壮大，研究水平也有了很大提高。
与国外研究相比，中国仿生学研究的主力军在工程领域，存在工程需求和问题。如果根据生物研究的文献进行应用研究，优点是可以快速解决工程问题，缺点是对生物的作用机理了解不够深入，经常有怀疑仿生学的仿生学。
近年来，生命科学研究领域的学者们一直在关注仿生学研究，如成都生物研究所的唐业忠教授等，中国科学院动物研究所的学者们也在积极关注仿生学研究。参与相关研究。
国外研究团队中有很多生物学家，典型代表是德国。比如，在“荷叶效应”中，生物学家就起到了很好的推动作用。在美国，军方大力推动了此类研究，如壁虎类粘附机制和粘附材料的研究。动物运动控制的研究具有很强的军事背景。
3. 您的研究包括运动仿生学，涉及揭示动物运动的机制、感觉控制和行为规律。这个过程中的关键技术是什么？
动物运动仿生学是一种系统技术。从最终产品的形成来看，很多环节都非常重要。从机理上看，仿生粘附运动需要爬行运动机构，而不是常见的直立运动机构。如何保证仿壁虎机器人的脚与运动面形成有效的锁定（产生附着力），机器人如何感知附着和接触的状态，感知自身的重力角，并学会掌握相应的运动模式等等，这些都是仿壁虎。机器人成功的核心因素。
4. 你研究过什么生物？您为研究对象选择了哪些因素？对生物进行研究的手段是什么？
南航仿生学自成立以来，开展了以下研究：壁虎和鸽子的运动控制，壁虎、树蛙和各种昆虫的粘附和接触运动学，十余种昆虫鞘翅的展开和闭合规律，昆虫鞘翅的结构、泡沫金属的制备和性能、几十片叶子的微观结构和疏水性关系等。
研究动物的选择基于实际的工业需求：
针对爬墙机器人的反恐需求，我们选择了巨型壁虎进行研究和仿生，因为壁虎可以在各种表面上快速移动，是最合适的选择；
针对复杂空间飞行侦察的需要，结合卫星飞行器续航时间短的问题，我们研究了鸽子的运动控制问题，因为鸽子适合驯化，也是典型的飞行动物；
针对航空航天对轻质结构的需求，我们研究了鞘翅、骨骼等生物的轻质结构和材料特性；
针对工程对超大表面的需求，开展泡沫金属的多功能应用研究。
对生物对象的研究方法因研究需要而异。在运动仿生学方面，我们将传统的行为研究方法与力学测量方法、电荷测量方法、实际接触面积测量方法相结合，建立系统的研究方法并开发相应的设备；在神经控制方面，我们建立了一种新的模型动物脑立体定位方法，研制了脑立体定位仪。我们研究了壁虎的大脑图谱，探索了壁虎和鸽子运动的空间编码区域，并采用切片、染色等方法确定了壁虎和鸽子的运动行为与大脑区域的关系。此外，
5. 您 2002 年的论文 - (, ) 中的爪的力量已被引用超过 200 次。在本文中，您对甲虫跗骨做了哪些方面的研究？得出了什么结论？
我们发现昆虫爪子在粗糙表面上的附着可靠性取决于爪子末端的半径 r 与粗糙度峰值的等效球面半径 R 的比值，R/r >> 1，很难形成机械锁。本研究提出了爪附着动物的附着能力与爪端结构的关系，对抓取机器人的设计具有指导作用。
6. 今年 3 月，您带领团队发表论文 A Bio-Robot with Pads and Claws。这款攀爬机器人取得了哪些突破？
壁虎机器人的实际应用面临很多科学问题，包括工程问题，也需要很多关键技术。我们的团队在机器人机构设计与驱动、胶粘材料制备与应用、机器人步态规划与动态仿生学等方面取得了系统、全面的进展，并在核心技术上取得了突破，为实际应用奠定了良好的基础。，但仍需进一步满足工程需要。
7. 你对壁虎仿生学做了很多研究。壁虎仿生学的研究是从什么时候开始的？对壁虎进行了哪些研究？
我们团队对壁虎运动仿生学的研究始于2002年，当时我们在实验室建立了壁虎繁殖基地，以保证实验对象的可用性。我们开发了用于壁虎等动物运动力学测试的力传感器，发明了多种新的实验研究方法和设备，测量了巨型壁虎等动物从地面到天花板的运动反作用力，发现并建造了壁虎等动物的运动反作用力。运动反作用力。力模式，为机器人的控制提供主要灵感。
我们开发了基于碳纳米管阵列和聚合物的壁虎类胶粘材料，初步实现了核心技术的可控性，还根据国家需要开发了多种类壁虎机器人。从科学发现，到技术突破，再到产品实现，我们实现了研究全过程的创新。
8. 壁虎运动仿生学的发展历程是怎样的？工程中的主要应用是什么？
对壁虎运动的兴趣可以追溯到两千多年前。在 2000 年之前，普遍的看法是壁虎是靠吸盘附着在墙上的。2000 年，Full 团队认为壁虎依附于范德华力。随后，多支团队研发了代顿等多种仿生胶粘材料。来自大学的 Dai LM、来自德国的 Sitti 和来自韩国的 Kaist。在国内，我们与美国莱斯大学、芬兰奥卢大学、中国科学院苏州纳米技术研究所等单位合作研发碳纳米管阵列。我们还与航天部门合作，研究仿生粘附技术在航天领域的应用。
目前，在仿壁虎粘附技术的研究体系上，美国在国外取得了较快的进展。代表队是斯坦福队和伯克利全队。他们已经完成了失重飞行器上的粘附材料实验和初步在轨实验。南航国内团队对悬浮目标进行了粘性捕捉，取得了不错的成绩。根据工程需要，仿壁虎机器人的应用也在积极推进中。
9. 如何将壁虎研究转化为工程应用？将生物学研究转化为工程学有哪些困难？
将壁虎研究转化为工程的最大问题是需要系统的工程知识和经验。高校和科研院所往往具有很强的创新能力，但缺乏工程能力、经验和应变能力，企业缺乏创新的环境和积累。
仿生学研究的难点在于，从研究生物学到了解生物学再到工程实现的周期太长，很多人坚持不下来。此外，缺乏跨学科学习与协作的渠道，缺乏科研与工程实践的对话。
10.仿生学的未来是什么？目前该学科的发展面临哪些挑战？
跨学科融合是当前科技发展的一大特点，而仿生学正是生命科学、工程科学、信息科学、材料科学交叉融合的产物。我们面临着原创技术不足的压力，仿生学是激发原创思想的源泉，必将为国家的科技创新做出重大贡献。
这门学科面临的主要挑战是人才匮乏，而现在跨生命科学等工程学科的人才极度匮乏，而目前的培养体系不支持这种交叉融合，因为交叉很难，而且很难。有影响的资深高手也少。希望仿生学研究能够得到进一步的支持和理解。
11. GAIR大会今年首次举办仿生机器人专场。在您看来，这是否意味着学术界和工业界对仿生学越来越重视？
是的。事实上，从国家自然科学基金的申报中可以清楚地看出，仿生机器人已经成为学者们关注的焦点。问题是了解动物运动的生物学家不了解机器人控制，而从事机器人控制和软件编程的研究人员对机器人如何运动知之甚少。两个领域的专家之间的对话需要调到相同的频率，并且他们应该能够理解彼此的语言。建议未来多组织跨界交流会，为双方带来更多的碰撞机会。
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