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出版者:上海科学技术文献出版社

作者:哈里亨德森

出品人:

页数:157

译者:管琴

出版时间:2008-1-1

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787543934528

丛书系列:发现与发明的里程碑

图书标签:

• 科普
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机械之魂：探索仿生学的奇思妙想与未来图景 导言： 人类对“非我族类”的模仿与创造，是一场跨越数千年的执着追求。从古代神话中会思考的青铜巨人，到文艺复兴时期达芬奇笔下精妙的机械装置，我们从未停止过对生命形态和智能行为的解构与重塑。本书将带领读者深入这场宏大而迷人的探索之旅——仿生学，一门以自然界生物体的结构、功能和机制为蓝本，致力于设计和制造新型技术系统的交叉学科。我们不关注冰冷的电路板和精确的算法，而是聚焦于那些源自生命演化智慧的精巧设计，如何启发我们构建更具适应性、更高效、更和谐的工程系统。 --- 第一部分：生命的精妙蓝图——自然界中的工程奇迹 本部分将把读者的目光引向大自然这个最伟大的工程师。我们将系统性地解构和分析生物体中那些在人类工程学中尚未完全掌握的“黑箱”技术。 第一章：形态决定功能——结构与材料的仿生革命 自然界中的结构往往是轻量化、高强度和多功能性的完美结合。本章将探讨生物骨骼、植物纤维和昆虫外壳的微观结构，如何实现惊人的力学性能。 荷叶效应与自清洁表面： 深入解析荷叶表面微纳尺度的乳突结构，如何创造超疏水性，以及这种机制在涂层技术、防污和抗冰领域的巨大潜力。 蜘蛛丝的强度与韧性之谜： 丝蛋白的自组装机制赋予了蜘蛛丝远超同等重量钢铁的拉伸强度和弹性。我们将探讨如何模仿其分子链的排布和交联，以制造出新一代的柔性纤维和生物医用材料。 鱼鳞与龟壳的复合装甲： 分析硬骨鱼和海龟甲壳的叠层结构。它们并非简单的均质材料，而是通过不同硬度材料的交错堆叠，实现了高效的能量吸收和抗穿透能力，为装甲设计提供了全新的思路。 第二章：运动的艺术——流体力学与驱动机制的革新 动物的运动是高度优化和能量效率的典范。本章将着重于如何从生物体的运动方式中汲取灵感，以设计出更灵活、更节能的驱动系统。 鸟类飞行的空气动力学： 剖析鸟翼的柔性、翼尖的涡流控制以及不同飞行姿态下的气动布局。这不仅启发了新型飞翼设计，也为无人机（UAV）的变体结构提供了基础。 鱼类的推进效率： 探讨鱼类身体的波浪形运动（Carangiform和Thunniform）如何最小化水阻并最大化推力。我们将对比螺旋桨、喷水推进和仿生鳍片的效率差异。 昆虫的六足平衡与地形适应： 昆虫如何仅凭六条腿实现复杂的动态平衡和在崎岖不平地形上的稳定行走？本章将介绍基于生物步态模型（Gait Model）的步行机器人运动控制的早期尝试。 --- 第二部分：感知世界的智慧——信息获取与处理的自然法则 生命体拥有卓越的环境感知和信息处理能力，它们在噪音和不确定性中高效地提取关键信号。本部分关注如何模仿生物感官系统，构建更强大的传感器和决策系统。 第三章：视觉与听觉的超越——从复眼到回声定位 人类工程学的传感器往往依赖于单一的物理原理，而生物体则擅长信息融合与多模态感知。 昆虫复眼的优势与限制： 探讨昆虫如何通过由无数小眼组成的阵列，实现超广角视野和对运动的极高敏感度。研究其在低功耗视觉和运动轨迹跟踪中的应用潜力。 蝙蝠与海豚的回声定位系统： 解析超声波发射的频率调制、波束控制以及大脑对回波信号的实时三维重建能力。这对于水下探测和黑暗环境导航具有无可替代的指导意义。 嗅觉的化学敏感性： 分析狗鼻和昆虫触角中气味分子的识别机理。这促使我们开发出基于阵列和模式识别的“电子鼻”，用于早期疾病诊断和环境监测。 第四章：神经元网络的启发——低功耗的并行计算 生物神经系统以惊人的能效处理海量信息。本章侧重于模仿大脑的分布式和容错性架构。 脉冲神经网络（SNNs）的早期模型： 介绍神经元如何通过离散的“脉冲”而非连续的电压信号进行通信。探讨SNNs在事件驱动计算和极低功耗硬件实现上的前沿进展。 群体智能与分布式决策： 蚂蚁、蜜蜂和鱼群的协作行为展示了无需中央控制的复杂任务完成能力。我们将分析这些群体算法在资源分配、路径优化和鲁棒性系统构建中的应用。 --- 第三部分：未来的共生——仿生学与可持续性工程 仿生学最终指向一个目标：创造出能与环境和谐共存的系统。本部分展望仿生学在应对能源、医疗和环境挑战中的未来方向。 第五章：能源的捕获与转化——模仿光合作用的效率 自然界无需燃烧化石燃料就能维持庞大复杂的生命活动，其能源利用效率极高。 人工光合作用的挑战： 学习叶绿体中光能捕获复合体的分子结构，以期设计出高效、廉价的太阳能燃料生产系统，直接将二氧化碳和水转化为可用能源。 生物发光的冷光源： 探究萤火虫和深海生物的冷发光机制（生物致冷光），以期替代传统高热能耗的照明技术。 第六章：适应性与自修复——从被动防御到主动响应 未来的工程系统必须具备容错性和长期生存能力。 伤口愈合与材料自修复： 模仿皮肤、骨骼的自组装和再生能力，研究能自我检测损伤并重新连接结构的高分子材料。 环境敏感的响应系统： 借鉴变色龙的皮肤、章鱼的伪装，开发能够快速、可逆地改变颜色、形状或表面纹理的智能材料，以适应环境变化或进行隐身伪装。 --- 结语：从模仿到超越 本书并非一本关于具体电子元件或自动化流程的教科书，而是对生命智慧的赞颂与学习指南。仿生学提醒我们，最先进的技术往往隐藏在最古老、最被忽视的自然界之中。通过深入理解生命的“为什么”和“如何做”，人类才能真正迈向一个更具可持续性、更具适应性的工程学新纪元。我们所追求的，不是制造一个僵硬的“机器”，而是孕育一个有“灵魂”的、能与之共存的智能实体。

评分☆☆☆☆☆

我们在试图制造越来越趋近于人类的机器人的同时，却发现我们自己竟然变成了机器人，不是吗，现代工业社会的最大特点，就是把人变成象机器一样的工作生活。 现在的机器人在智力上可以超越人类，工程师们又开始让机器人有感情，而通过学习，机器人可以和人一样有情商，机器人还...

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这本书的节奏感非常强，读起来让人有一种“层层剥茧”的快感。它没有按照传统的自上而下的结构来组织内容，而是采取了一种非常巧妙的“问题导向”叙事。第一部分聚焦于一个具体的挑战——**高动态环境下的实时路径规划**，然后围绕这个核心问题，逐步引入所需的理论工具：从经典的A*算法的局限性，到基于采样的快速探索方法，再到最后引入模型预测控制（MPC）的优势。作者在阐述MPC原理时，没有陷入纯粹的优化问题，而是着重强调了其**滚动时域优化**的迭代特性如何适应环境的突变。这种讲述方式，极大地增强了学习的内驱力，因为你始终清楚地知道你正在学习的每一个概念，都是为了解决前面提出的那个具体难题。阅读过程本身就是一次完整的工程思维训练，而不是简单的知识灌输。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常独特，简直像是在阅读一部硬科幻小说，只不过里面探讨的不是遥远的星际旅行，而是我们触手可及的未来。作者对“智能”的定义进行了深刻的剖析，没有陷入那种浮于表面的“让机器像人一样思考”的窠臼。相反，它更关注于计算范式如何从根本上改变我们对“决策”和“学习”的理解。我尤其欣赏其中关于**非线性动力学在复杂系统控制中的应用**的那几章，那些数学模型的推导和解释，虽然初看起来令人望而生畏，但作者巧妙地结合了现实世界的案例——比如自动驾驶汽车在极端天气下的路径规划——使得枯燥的公式瞬间活了起来。它不是简单地罗列技术名词，而是构建了一个完整的思维框架，让你明白为什么某些看似简单的决策在机器看来却是指数级的难题。读完后，我对现有的人工智能应用产生了更深层次的敬畏，同时也对未来可能出现的“黑箱”决策风险有了更清晰的认识。这本书无疑是为那些想深入理解底层逻辑，而非仅仅停留在应用层面的读者准备的饕餮盛宴。

评分☆☆☆☆☆

我通常不太喜欢这种偏理论和技术深度的书籍，但这次的体验完全颠覆了我的固有印象。这本书最成功的地方在于，它没有将读者视为纯粹的工程师，而是将其视为一个对**人类认知与机器行为边界**充满好奇的哲学家。它花了大量的篇幅来探讨“意图”和“目标函数”在机器设计中的模糊性。比如，当一个服务型机器人的目标是“最大化用户满意度”时，这种目标如何被量化，以及在冲突场景（比如用户要求一个明显违反安全协议的行为）下，系统应如何进行伦理权衡。这本书的语言简洁而富有洞察力，它用生动的类比来解释复杂的控制论原理，这一点非常加分。我能感觉到作者在力求消除技术壁垒的同时，保留了学术的严谨性。特别是对**强化学习中奖励函数设计**的批判性分析，它揭示了当前许多商业AI系统可能存在的“目标污染”问题，这对于任何从事系统设计的人来说，都是一个警钟。

评分☆☆☆☆☆

从美学角度来看，这本书的结构严谨到令人赞叹。它似乎拥有一种内置的逻辑美感。书中关于**人机交互界面（HMI）设计中的认知负荷理论**的章节，是我个人最受益的部分。作者非常清晰地论证了，在紧急情况下，界面的简洁性如何直接影响操作员的反应时间，并用实验数据佐证了“信息层级”的重要性。它不像很多技术手册那样，只是建议“减少干扰”，而是从人脑处理信息的瓶颈出发，提出了具体的图形符号设计规范和反馈延迟的容忍度阈值。这本书的独特之处在于，它成功地将高度抽象的系统理论，与人作为系统中不可或缺的一部分这一现实，进行了无缝对接。它让你意识到，技术的最高成就，往往体现在它如何“隐形”地服务于人类的直觉和能力，而不是凌驾于它们之上。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是走进了数据结构的迷宫，但每条岔路口都有清晰的指示牌。它在对**传感器融合与环境建模**的探讨上做得极为细致。与市面上流行的书籍不同，它没有一笔带过硬件的局限性。相反，它深入到噪声对状态估计的系统性影响，并详细比较了卡尔曼滤波家族在不同动态环境下的鲁棒性表现。我特别对其中关于“多模态数据一致性”的部分印象深刻，作者展示了如何通过贝叶斯网络来协调视觉、触觉和激光雷达数据之间的不确定性。这种细致入微的分析，使得我对当前流行的“端到端学习”模式的局限性有了更现实的认识。它让我明白了，无论算法多么先进，如果没有对物理世界固有噪声的深刻理解，最终的输出依然是建立在沙滩上的城堡。对于那些希望构建高精度、高可靠性自主系统的工程师来说，这本书提供的基础知识是无可替代的基石。

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“他们是科学界的先锋人物，他们从小可能就对电子技术或是控制技术感兴趣，或是受到电影和科幻小说的“蛊惑”，而致力于将自己的的青春与才智贡献到机器人的发明中去”

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一章一个人物一类topic，ch10结束的时候，终于看到了初高中时听过的一则令自己触动数年的新闻

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日本不太可能如愿成为机械智能领域的先锋，因为正如大脑对于人类至关重要一样，尖端处理芯片的制造技术才是关键，而日本顶多是对其进行“外包装”的角色。

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一般般吧，理下机器人的发展史也不错的

评分☆☆☆☆☆

比较科普,缺乏技术细节.但是对有些宏观问题的探讨很有启发性说~