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bio十7-否EA优化结果（J1.M3）十否电腺炎比（见M1.D自主开发否在输入-J1.-作为结论之前，应供足准则1至准则3的内部.5使用仿生学方法的1求与况5.1 雌mwf%JMMt在寻找创新解决方案的过程中,仿生学作为对开发新思想的经典方法的补充,是一种接近科学工程的工作方法II7-.生物解决方案的多样性对于仿生学的发展而古尤为具钉吸引力.当今，数以百万计的物种栖息在!督百态的环

11、境中，它们惊人的适应性，从技术角度上看，实际上为人们提供了无力无尽的潜在的相关解决方窠-1斤。能够将一种生物学特性转移到技术系统中，其普遍原因在于，相同的物理定律和常设在生物学和技术领域中是同样有效的这一事实.通过对植物和动物的研究引出的解决何例的方案.有时乍一看与相应的技术解决方案惊人地相似，但是当经过更详细的分析后，往往表现出显著的差异197,生物结构的特点包括多准则优化，有时具有相互矛盾的功能（多功能性），在提供高水平的操作可矗性的何时适应多变的环境条件的能力（适应性），跖水平的错误利故障容错性（弹性和冗余），以及自组织能力.当开发更加复杂的产品2o时，生物系统中这些和其他自主功能的系统

12、转移，例如臼我修史、白我再生和白我m装，可以带来巨大的效益，5.2 仿生学和可持续性尽管现在有许多用于评估技术的工具，但是鉴于系统的发朵性以及参数值的不确定性，仍无法为可持续的技术发展制定合理的策略.鉴于这些事实,一种创新方法至少可从定义上提高获得具有“更好可持续性”技术的可能性是非常曳要的.问SS在于仿生学能否成为这种创新方法的范例.在自然界中，生态系统中的物种处于持续的相互作用和动态的生态平衡中,新陈代谢过程、行为、领地的大小与特化之间也在互相适应.此外.大自然还向我们展示了在温和的环境条件下20,太阳能管理、机会主义（利刖现行资源人资源效率、回收管理、悌级利用与自祖织性是如何产生笑杂的模

13、块化结构和多功能性的，由于生物系统同样基于适应性、冗余性、多样性和屏障性,在许多情况卜还儿”.宏观和i观尺度上的自愈能力，因此它们具有固有的容错性,这可以防止由于发生较小悟证或破坏造成的大规模二次损坏.由于这些大ht的发现，许算科学家认为,通过将生物系统/模型和原理应用到技术以狭得更加生态友好的技术的期望至少在一定程度上是合理的22.这种做向为可持续性做出积极贡献的期望.不应导致对仿生学进行全面、枳极的评价.当将生物解决方案转化为技术时其物质基础一般要与技术要求和能力和适应.此外，当被移抗到一个新环境时,其时环境的适应很难能像以自然生物为模型时的情况那样好，由于这个原因，现在名无争议的是，这种

14、说法不能被一概而论，任何关于仿生学解决方案质设的陈述，只能通过单独详细检查每一种情况来证实或否认U.22.23.还需要强谡的是仿生学对“城护生物多样性”这一可持续性目标的贡献，仿生创新在总体上证明了生物多样性在羟济上的更要性，而生物多样性也宜作为种提供给后代的选择的来源2（25.另方面.生物多样性和自然所具有的文化功旎（从教学的本版上讲）以及对于这些价值的尊重也因为仿生项日得以提升。由于仿生学的固有属性而开群的另一个机会是仿生学把在传统上不相关的、之前少有接触的科学和技术领域的人员聚集在一起,这创造了交叉学科和跨学科合作的新形式，同时为创新过程提供了有效的跨学科方法和工具。这可悭成为熨杂系统管

15、理的一个Hi要堪础，几乎所有可持续发展范国内产生的系统都是奥杂系统.基本上可以预期,当仿生学的使用变得泛时.会导致传统上不属于生物学科的科学和技木人员对生物效率和一致性策略的知识传播和利用。因此，希望基于仿生学的创新方法所创造的“软”技术Ur以在长期莅国内越来越笠地反映自然的想法是合理的。相应地，仿生学至少为我们提供了种获得更具可持续性的创新方法的潜力.在这种情况下，这种潜力带来的希里在笠大程度上是合埋的，也取决于相关人员是否愿意以可持续发展的理念为指导.5.3 仿生学的JM性只布对从生物系统到创新技术产品和过程的整个过程进行检杏，才有可能对仿生过程和J1.作方法进行详细分析26。此外，仿生学

16、的可能性和局限性应被明确地说明8。仿生学是一种补充，而不是替代,工程师的使用的传统设计过程也将成为未来新技术的发展和改进的基础.已被验证和确立的工程工艺不宜被仿生工艺取代.相反，仿生学宜作为一种额外的开发工具。生物系统通常以其独特的结构来就决许多并发的挑战.这就形成了极为复杂的结构,为人们理解并符其应用到更简单的技术问题中是非常具有挑战性的26.可扩展性：从微观尺度到宏观尺度的转变使设计面临新的约束.一线牛.物机制在纳米尺度上有效,但在宏观尺度上无效：一些生物机制在纳米尺度上有效.但在宏观尺度上无效.S.4仿生学交过程仿生开发过程所需的交叉学科性质为其交流过程带来了特殊的挑战.生物学家和工程师

17、使用告白独特的术语和语言进行交流。因此,为便干双方互相理解，有必要时这术语和语言进行解译。不过，般来说将所有特殊术语均特按为口常用语是很不容易的。其原因是专业术语对专家来说不仅起若沟通的作用，还是他们分类知觉的基础271.专家首先要“解码”他们的知识，然后才能进行交流.同样的术语在不同的科学学科通,常具有不同的含义。例如，在建筑和设计领域，“thnna1.”这个术语是“与形式彳f关”的意思.然而，在许多其他的科技领域,一个forma1.行为被理解为严格遵守规定规则的行为.同样的道理也适用于木谙“fiber”.例如,在生物学领域它指的是有机体中一组细长的细胞或丝状结构，而在材料科学领域它则指的是

18、用于制造材料的丝状细丝28J.这屿例子指出，应当更多地了解所使用的术语.对那表面上很好理解的术语的定义提出质疑是有必要的。个术语在特定的科学学科中使FH的频率越离，人们就越衢要时这屿定义保有质疑.当我们时一个既定术语的含义越确定,其含义就越少被质疑，因而造成误解的风险就越小。如果克服了这些椒那么跨学科交波将成为仿生开发的基础过程.进而实现对各个领域快速、深入地了解，6工B雌过程6.1 3深入了解仿生学中使用的工作方法,是X识到仿生学在发展技术创新方面全部潜力的先决条件,同时也避免了时仿生学产生不恰当的期望，并解择了有时仿生学项目具有相对较长开发周期的原因。由于仿生学研究和项目开发涉及凿学科工作

19、，只有通过生物学家、工程师及其他学科专家之间的紧密合作，才能沿着整个价值链有效地将研究成果转化为技术产品，仿生学中使用的典型方法如图1所示.图中所描述的i性和眼序结构代衣了一种理想的情况，有可能被整合到整个价值Si中。实际上，在许多情况下，需要理门、并行地执行一些步骤。B1仿生开发过柳易匐!网口9新思想的开发是应用峥向型研究的先决条件。当一个新思想形成后，对生物系统进行分析和抽象.接下来诳行功能分析，谀计并执行与技术目标相适应的实验或基于系统的分析.根兆这些结果,在抽思阶段给出可能的解择.技术过程或产品的设计和制造的股初想法通常是在新思想的开发阶段、分析阶段和抽象阶段产生的。实际的开发工作是在

20、第三阶段进行的。在进行这项开发工作时，所采取步骤的特定顺序因科学学利的不同而有所差异.因此无法指定一个普适的方法.仿生过程的结果是一种以新方案形式出现的发明。只有当仿生产品或仿生过程的发明被成功引入市场后才可能成为一种创新。除了优秀的基础和应川型科学研究外，专门为描述、说明和标准化仿生过程而形成的具有“良好实践”目录的研究，对于作为产业创新方法的仿生学的长期和成功的建立都变得越来世重要.6.2 祈息徽的开发新思想的开发是创造发明的电要步骤，新思思的开发受（己有）知识、对知识和信息的灵活处理和动机影响.在仿生学中.当技术向即芍由生物学提出的解决方案和联系时.就达到了创造性的起点.从原创性、有效性

21、和可行性的角度判断一个想法的质量是非常困难的.然而,仿生学的跨学科的特点为此提供了一个有利的起点,由于相关人员相应的专业知识和技能,使他们具有不同的解决何时的方法和策略.新思想开发的起点可以来自生物学（生物推动），也Ur以来自工程科学（技术拉动）。此外，加成一个新思想开发的完整图景还需要招客户和市场作为附加方考虑进来它们也可以作为开发的目标或起点,7.在经典创新理论的背景下,这分别被称为技术推动或市场拉动,可以推泅.生物学和市场之间直接发展新思想的情况（生物学对市场的推动或市场对生物学的拉动非常少见（见图2）.图2IMMB开发的起点29工程仿生过程基本与新思想开发起点之后的过程相同.在开发新思

22、想时，应区分这些想法是在生物学推动还是技术拉动下的形成的28.生物推动在上述背景下,发展仿生开发项目的新思想的起点源千生物学和相关基础研究领域的知识（见图3）.牛.物学推动也UJ以为目前只是肥爱的新牛.代技术（技术应用）的开发提供髀决方案，B3疆3bdtt30修改的丽雌发H程中的生物t动2H与生物学推动相比，在技术拉动的背景下，仿生学发展的起点实际上是一个技术问题或技术建IS,在这种情况下,我们的目的就是寻找通常已经在市场J1.获得成功的现有技术产品的仿生学创新之处.技术抗动背后的动机是对一个现有产品或过程的提升或改进（见图D。ff1.4根”三30修正的技术拄动H*下网阚胜开发流程口8在分析时

23、，系统或子系统在最初的设想阶段被作为的一个潜在的生物系统，制使用自然科学和/或工程科学的步探和方法对其进行检脸,这些检验的结果被系统性地分类，然后再对其可转移性进行评估.这种情况下所采用的特定步骡和方法要根据M现的特定问SS以及被检验的对以而定.功能分析是解拜系统架构、结构和行为31的系统功能方面的建模过程.在此过程中,符系统的整体功能分斛成更小的功能.以便将系统的主要功能转换为可称代的子功能32.有些分析方法还建议对系统的流程进行分析33.生物系统的功能分析是仿生设计过程的一种抽象工具31.33,建立生物系统的功能模型行电促进创新.并有助于设计怖从总体上更好地理解设计何他.特别是与功能机制相

24、关的问题-33J。例如，在化学分析方法的框架中，定性分析和定量分析的方法被用于识别相应的基本构建模块（分子）或用于确定母种物质的比例,材料科学领域的分析方法能够提供材料的力学性能（如舛性、硬度或延展性）的信息,或对生物加织的力学性能提供基本的见解。物理分折方法（通常以实验测量的形式的目的在于获得时物理现象的理解,例如，与运动学和动力学相关的一系列运动，或是与粉脐和靖产生的升力和推动力相关的现象.经典的生物分析方法,其中包括比较形态学，在其制备和解剖的过程中，能鲂提供生物体或其组成部分的结构和几何形状信息.功能形态学和生物力学领域为材料形态和功能之间的关系提供了解择.生理分析方法提供了对生物体或

25、其组成部分的运行方法的系统信息（例如.主动体温网节、钿环系统、感觉系统、神经信思处理，或神经肌肉运动控制）。在生物行为研究的框架中，能师对人口或群体的相互影响进行分析,或对其对外部刺激的反应进行测试（例如群体行为）.在分析方法提供数据的情况下,分析之后要进行统计分析.可以使用纯描述性的方法（例如确定某些（ft如算术平均值、众数、模态、标准差、方差、方差系数,或生成图表）,以及（I纳方法（统计测试,如显在性检骁、方差分析、相关和回归分析，以及时间序列分析进行统计分析。数学分析的H的是解出从物理和化学模型中得到的数学方程（以微分、差分或积分方程的形式）,从而能防对待检书的系统进行定址分析，除此之外

26、预测可能的系统状态。通常有必要在分析过程中应用数值方法,例如有限元法或计算机液体动力学.6.3 抽就和类比类比被理解为描述两个不同系统的参数之间关系的相似性。在这种情况卜，-参数之间关系的相似性”这一我述尤为曳要，应与“参数木身之间的相似性”区分开来.后者将导致或制.对“类比”一词的这种解择特别适用于分析阶段的仿生创新过程.在仿生创新过程中，其目标是对相关问SS进行尽可能完整的类比，通过比较（映射）各个方面,从而在相应的类比中识别共性和不同的方面（见图5）317,I1.1.图5可用于比例毗固的方面仿生类比模鞭的建立分为如卜几个步骤（见图6、图7和图8）,第一步，够于将生物系统与技术问题联系起来

27、的一种美联，列出了所行可能进行类比的相（相的编译），这些方面不一定是物理参数。如果这些因素适于在对系统的编译中使用.届么编译还可以包含“软因素”.应选择适当的术语，使其可以同时描述生物系统以及技术系统.为了找到这样的术语.遹常需要对生物系统和技术系统进行抽象.首先分别对生物和技术系统进行检验.然后不管它们是否在类比上有关联，对其所有的特性进行编译.下-步，将在两个系统中找到的术语（相）进行相互比较,并在必要时添加新的术语.H8的相物性网接下来阐明在生物系统中和在技术解决方案中发现的方面之间的关系和相互作用（相应类比的关系网络）,在这一步骤中，筒化和抽象也是必要的,以便将关系网络缩小到可用于比较

28、所需的队基本的关系.最后步，将关系网络我加起来，为了将生物系统和技术系统作为一个整体进行比较。这个过程精助用户意识到类比的同限性，找到有用的类比，并详细说明找到某种解决方案可能的方法.找到类比以及方法代表在可以对一个可能的解决方案进行抽的描述.在接下来的仿生过程中，应对这个解决方案加以更加详细的证实和说明，6.4从计儡除耐量明阶段实际的开发流程从计划和构思阶段开始，在此阶段，将详细说明拟应用的技术目标和要求，并审杳其可行性。为此,创建技术规范（要求清单），并将其转换为面向每个项目参与人的需求规范,将一个流程或产品的预期开发划分为相关的子功能,并指出实现这线子功能的方法.随后,适合的技术解决方案

29、被制定并实现，般来说，有必要设计几个不同的变体，并对其进行相应的去征，以及使用适合的准则对其进行评估，此后，可以创建个描述性模里并进行模拟，便可根据在应用中遇到的情况推断结果,这样，一个原型随之产生了.接下来，将原型应用到计划要进行的技术应用中，通过对实际状态与目标状态进行比较,对其进行整体质信刈试和混涧分析,对原型的适用性进行评估，根据所得结果,指出任何潜在的可优化内容，并通过建立新的、羟过改诳的技术变体.再次进入开发周期.即使在规划和发明之间的阶段仅包含一些通常在产品和工艺开发中采敢的步骤,生物学家也越来越娠繁地参与到了真正的仿生项目中,并助力这些步骤的设计.由于生物系统的递打性和更杂性,

30、需要反发地对生物系统进行更深入的观察和分析，因而需要生物学家的参与。此外，愈加明显的是，处理和抽缴那也尚未被完全理解的发杂系统的能力，不仅是成为一个生物学家的先决条件，也有利于对技术系统开发。例如，了解个生物系统如何与它周困的环境进行相互作用，可为今后评估仿生产品的可持续性提供思路.7仿生学创新方法的实施仿生学已经在目前的科学大环境中站稳了脚限.并建立了不同类里的有效关系网，这些关系网格持续不断地动态发展.在未来.除了在大学和校外研究机构中不断增加显示度外,仿生学还需要扎根于教育和专业培训项日中,在以应川为导向的产业研发领域中使川仿生学，也将成为一个必要的趋势.在仿生学领域的涔学科工作中，需要

31、对其结构、方法和能力的发展进行严格的把关.仿生学急需通过重点加强工程师特别是负责应用开发工作的工程师之间的配合的方式,显著提高其可转化能力。目前，联合项目中出现的新形式和概念，例如组成跨学科小组（如以项目室的形式）和人员交流等,远比过去更为密集,这些都是一些Ur能采取了适当措施的例子。为了在创新方法中实施仿生学并然仿生学在实际中的应用，公布成功的应用实例（最佳实例）,并争取利益集团（诸如商业和政界决策者）的支持也非常巾要.IJ附录A（资料性）示例A.1计算机辅助优化a）生物系统的功镜分析：树木生长（卜）；b）从系统到模型的抽象：添加材料以减小高机械应力区（十）；c）不使用生物系统情况下的转化和

32、应用：计算机豫法（十）。结论：属于仿生学.一个通过抽象过程得到完整数学公式的例子是计驾机辅助优化方法35以及通过该方法优化的构件，计算机辅助优化方法用于设计具有较高承载能力和较长使用寿命的技术构件。为了实现这个日标，人们利用专用的应力分析软件在计算机上模拟树木的负荷白适应生长，以便在设计阶段均匀化并降低机械应力.根据表1中的三个准则，该方法应被视为同仿生学，因为：a）生物系统是生长的树木：b）对复杂的细胞分裂和细施生长过程进行了抽象：C）核模型已运用于简单的算法并转化到技术应用中（已在产业中被用于优化技术构件）.一个这种仿生产品的例子是整形外科/骨科专用螺钉（见图A.I）。如同所有技术产品，它

33、的整体设计并非基丁一个生物系统，而是在其摞织处的关犍机械区域,它的i殳计与通过应用生长原理而形成的树木的生物系统是相时应的，b）局部应力纬侦c)n标引序号说明:1已优化；2未优化”注：在联牙底采用域小材料体积（叫诚少了局部应力脸411b1.1.进而显E提高了构件的寿命，c）上侧例针；优化后的螺灯.可承受500万次他我循环：卜（W蟠灯：未优化的螺灯仅羟过22万次负我循环坛就产生了磁劳裂纹297.A.1彩外国/皆科用灯的计算机助优化A.2仿生*tt仿生蛛丝模仿了蛛丝蛋白核心的双基酸序列，是分子仿生学中生物学推动过程的一个他例。顾名思义,这一仿生学的新兴领域聚焦于分子水平的生物材料及其结构要素、相互

34、作用和组装机制，以及将这些方面转化到创新性仿生材料的制造上.因此,对牛.物系统的推能需要至少在结构-功能美东或纲装机制的任何一个方面上是分子水平的.工程蛛丝蛋白（主要是帆抹丝蛋白）的开发以及将其加工成种特定的材料形态的过程可以被划分为三个不同的步骤：a）分子仿生学：b）垂组蛋白生产：C）材料加工.a）分子仿生学.1）生祖必W功能分析：用生物分子方法和基因工程方法分析了某丝型丝蛋白核心结构域的氨基酸组成和序列。在编码结构元素的丝蛋白中，特定的二级结构基序可以被赋予特定的功能,如弹性或结M度,这些特定的葩序祓反译回遗传信息（逆转录），从而斜对特定的结构-功能关系进行优化和定制。利用无缝克隆技术，合

35、成了仿此丝蛋白的多聚合成基因表达我体-36。根据表1中的三个准则，这应被觇为仿生学，即分子仿生学，生物系统：天然蛛丝经基酸细成（卜）.2）从系m的插a特殊的期序被反洋向遗传信息（十九3）不使用生物JM1.情况下化和应用Z合成基因表达载体（卜）结论：属于仿生学。b）*as白生产.1）生除JMt的功能分析：合成纹蛋白暴因的生产是通过生物技术在各种适宜的宿主系统中进行的.如细曲（例如大胧杆菌落株）或版常（例如华赤酵母菌株）.重组细胞蛋白麻的生产不涉及任何仿生学方法，而只是一种纯生物技术过程（“白色”生物技术），根据表1中的三个准则,这不足仿生学,而是生物技术.生物系统：合成基因（一）.2）从Jjg侦S的插加无抽象（T。3）不使用生JMWW况下化和Itt用；使用生物宿主系统生产（一八Ia论：非仿生学。C）材料施工.天然蜘蛛丝线的组装（统丝）过程是一个高度受控的过程，它依赖于峋蛛的吐丝管道中动态变化的理化条件,蜘蛛能够网整影响蛛丝性能的相关参数（例如离子交换导致的相分窗、下降的pH（ft.以及施