什么是生物光学
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发布时间：2022-05-15 00:46
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时间：2023-11-16 18:18
这方面的研究越来越多，美国光学学会OSA、SPIE等多个光学学会每年都举行多次这方面
的国际会议。随着这方面的研究不断增加，1996年SPIE新创刊了“Journal of Biomedi
cal Optics”杂志，着重发表生物光学方面的最新研究成果。我国对这方面的研究也更
加重视，自然科学基金近年来增加了对交叉学科（生命与信息，生命与机械）的资助强
度。生物光学是一个很广泛的学科名词，主要包括生物与光学有机结合产生的新概念、
新思想和光学在生物界的新应用。各种各样的生物传感器的诞生就是很好的说明。这里
将介绍这一交叉学科的另一个产物：昆虫仿生研究。
仿生学的研究历史已有几十年，它属于生物科学与工程科学的交叉科学，通过研究
生物机构、机理，完善和创造工程科学的概念和原理，从而创造出有突破性的产品。人
们仿照鸟的飞行研制飞机是众所周知的。随着目前微机械制造水平的提高，制造出小巧
、有创新功能的微机械产品是人们所希望的。在设计、制作微机械过程中，人们发现总
体尺寸缩小后，如果仍用传统的理论概念，相应缩小每个零件的尺寸，即便作了力学仿
真和克服了巨大的工艺困难也难以成功。按照传统的空气动力学理论，蜻蜓不能飞，因
为它没有象飞机那样流线型的翅膀，无法有效利用空气的升力。研究昆虫运动机理，为
微机械设计寻找新理论，是昆虫仿生研究的一个热点。当然昆虫飞行机理的研究只是昆
虫仿生研究的一部分，昆虫的传感器，昆虫的群体协调性，昆虫的神经网络等等都有许
多值得研究的地方，他们都将给微机械的研制带来不少新的启示。我们将在第二部分结
合目前国际上昆虫仿生研究的热点课题进行进一步说明。
正如仿生学是多学科的交叉产物一样，昆虫仿生研究也必将涉及到多个学科，如生
物、计量、机械、信息科学、控制理论、力学等等。从学科发展的角度讲，昆虫仿生研
究不仅是多学科的有机结合，它也促进个各学科的发展。例如：昆虫飞行机理的研究将
使目前的空气动力学理论更加完善；昆虫仿生研究中遇到的各种测量问题，将促进计量
研究向新领域的拓宽。从目前国际上昆虫仿生研究队伍组成看，学科交叉的优势十分明
显。日本东京大学的河内启二教授的研究队伍，以流体力学的研究专业为主，吸收了包
括计量、生物、机械、信息科学等多学科的研究人员。研究包括精密测量昆虫运动翅膀
变形，测量昆虫脑神经电流和呼吸，研究昆虫群的协调等，并在此基础上研究昆虫运动
机理。日本东京大学的下山勋教授的研究队伍，以微机械研究专业为主，吸收了包括计
量、生物、力学，光学等学科的研究人员，仿造昆虫的翅膀机构制造微机械，仿昆虫复
眼制造机器人传感器。美国Teaxs大学的Dudley教授的研究队伍以动物学专业为主，吸收
了生物、计量、信息科学等多学科，研究多种昆虫飞行原理和其各自的能量消耗情况，
为微型飞行器服务。由此看出，无论昆虫仿生研究从那方面入手，多学科的交叉是必不
可少的。
应该指出，昆虫仿生研究不但会给微机械、力学等领域带来新观点、新概念，同时
这一研究本身也促进了计量科学的发展。昆虫仿生研究要建立在大量精密测量数据的基
础上，目前的精密测量方法用于测量象昆虫这样小的运动物体，还存在一定的问题，如
动态范围、分辨率等，这些问题的解决本身推进了计量科学的发展。另一方面，微电子
、微光学等领域新技术、新元件的诞生，也促进了昆虫仿生研究的发展。
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时间：2023-11-16 18:19
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时间：2023-11-16 18:20
