仿生材料
仿生学这个词是美国的斯蒂尔在1960年根据拉丁词“bios”(生活方式的意思)和后缀“nlc”(有“具有……的性质”的意思)形成的).
仿生学是在具有生命意义的希腊文bion上加上具有工程意义的ics而形成的一个词。从1960左右才开始用。生物的功能远远优于任何人工机械，仿生学是一门在工程中实现并有效应用生物功能的学科。比如关于信息接收(感觉功能)、信息传递(神经功能)、自动控制系统等。，这个有机体的结构和功能给了机械设计很大的启发。可以举出仿生学的例子，比如将海豚的体型或皮肤结构(游泳时可以防止体表出现湍流)运用到潜艇的设计原理中。仿生学也被认为是与控制论密切相关的一门学科，控制论主要是将生命现象与力学原理进行比较，并对其进行研究和解释。
苍蝇是细菌的传播者，大家都很讨厌。而苍蝇的翅膀(也叫平衡杆)是“天然的导航仪”，人们模仿它们制作“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞行器上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多个小眼睛组成。人们模仿它，制成“蝇眼透镜”。“复眼镜头”是由数百个或数千个小镜头按顺序排列而成的，它可以作为镜头制成“复眼相机”，一次可以拍摄数千张完全相同的照片。这种相机已用于印刷制版和复制电子计算机的大量微小电路，大大提高了工作效率和质量。“复眼透镜”是一种新型光学元件，有多种用途。
自然界的各种生物都有哪些奇特的技能？他们的技能给了人类什么启发？人类模仿这些技能能造出什么样的机器？这里要介绍一门新的科学——仿生学。
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，是上世纪中叶才出现的一门新兴边缘科学。仿生学研究物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植到工程技术中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生和发展到现在短短几十年，其研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了一条独特的技术发展之路，即向生物界要蓝图之路，极大地开阔了人们的视野，显示出强大的生命力。
人体仿生学历史悠久。
自古以来，大自然就是人类各种技术思想、工程原理和重大发明的源泉。经过漫长的进化过程，种类繁多的生物群落能够适应环境的变化，从而生存和发展。劳动创造了人类。人类在长期的生产实践中，以其直立的身体、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，促进了神经系统特别是大脑的发育。所以人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有群体。人类通过劳动，用自己的聪明和灵巧的双手制造工具，从而在自然界获得更大的自由。人类的智慧不仅仅停留在对生物世界的观察和认识上，还利用人类特有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性劳动增加技能。鱼有在水中来去自如的能力，所以人们模仿鱼的形状来造船，用木桨模仿鱼鳍。相传早在大禹时期，中国古代的劳动人民就观察到鱼在水中摆动着尾巴游动和转弯，他们就在船尾放上木桨。通过反复观察、模仿、练习，逐渐改为桨舵，增加了船的动力，掌握了翻船的手段。这样，即使在滚滚的河流中，人们也能让船只自由航行。
鸟儿可以展开翅膀，在空中自由飞翔。根据上述发明和模仿生物结构和功能的尝试，可以认为是人体仿生学的先驱和仿生学的萌芽。
发人深省的对比
虽然人类的仿生行为已经有了雏形，但在20世纪40年代之前，人们并没有自觉地把生物作为设计思想和发明的源泉。科学家对生物学的研究仅仅停留在描述生物体的精巧结构和完美功能上。而工程技术人员更多的是依靠自己优秀的智慧、努力和人工发明。他们很少有意识地学习生物学。但以下事实可以说明，人们遇到的一些技术问题，早在几百万年前生物界就出现了，并在进化过程中得到解决。但是，人类并没有从生物界得到应有的启示。
在第一次世界大战期间，潜艇是为了军事需要而建造的，以使船只在水下航行。工程技术人员在设计原始潜艇时，首先在潜艇上放上石块或铅块，使其下沉。如果它需要升到水面，他们会扔掉随身携带的石头或铅块，使船体回到水面。后来经过改进，通过在浮箱中交替注水和排水来改变潜艇的重量。后来改成压载舱，舱体上部有排气阀，下部有注水阀。当水箱装满海水时，船体的重量增加，使其潜入水中。紧急情况下需要潜水时，还有极速潜水舱。船体潜入水中后，速潜舱内的海水被排出。如果压载舱的一部分装满水，另一部分是空的，潜艇就可以处于半潜状态。当潜艇要上浮时，向水箱中通入压缩空气排出海水，艇内海水重量减轻后，潜艇就可以上浮了。如此优越的机械装置，实现了潜艇的自由沉浮。但是后来发现，鱼的起伏系统比人们发明的要简单得多，鱼的起伏系统只是一个充气的鱼鳔。鱼鳔不是由肌肉控制的，而是靠向鱼鳔内分泌氧气或重吸收鱼鳔内的部分氧气来调节鱼鳔内的气体含量，促进鱼自由沉浮。然而，如此巧妙的鱼的沉浮系统，对潜艇设计师的启发和帮助却为时已晚。
声音是人们生活中不可或缺的元素。通过语言，人们交流思想和感情，优美的音乐使人们享受艺术，工程技术人员也将声学系统应用于工业生产和军事技术，成为最重要的信息之一。潜艇问世以来，随之而来的是水面舰艇如何找到潜艇的位置，防止偷袭；潜艇沉入水中后，还需要准确确定敌舰方位和距离，以便于攻击。所以第一次世界大战期间，在海洋上，在水中和水中对立双方的斗争中，使用了各种手段。海军工程师也将声学系统作为一种重要的侦察手段。首先，水听器，又称噪声测向仪，是通过监听敌舰航行时发出的噪声来发现敌舰的。只要有敌舰在周边海域航行，机器和螺旋桨就会发出噪音，通过水听器可以听到，及时发现敌人。但当时水听器还不完善，一般只能接收到自己船的噪音。要监听敌舰，就必须减慢船速甚至完全停下来，以分辨潜艇的噪音，这不利于作战行动。很快，法国科学家朗之万(1872 ~ 1946)利用超声波反射的性质，成功地探索出水下船只。用超声波发生器向水中发射超声波，如果遇到目标，就会反射回来，被接收器接收。根据接收回波的时间间隔和方向，可以测出目标的方向和距离，这就是所谓的声纳系统。人工声纳系统的发明及其在探测敌方潜艇方面的卓越成就让人们惊叹不已。难道不知道早在人类出现在地球上之前，蝙蝠和海豚就已经自由使用回声定位声纳系统了吗？
长期以来，生物生活在声音环绕的大自然中。它们利用声音寻找食物，躲避敌人的伤害，交配和繁殖。因此，声音是生物的重要信息。意大利科学家斯帕兰热很久以前就发现，蝙蝠可以在完全黑暗的情况下随意飞行，不仅可以躲避障碍物，还可以捕食飞虫。但是把蝙蝠的耳朵堵上，嘴巴封上之后，在黑暗中就不能动了。面对这些事实，斯帕兰杰提出了一个令人难以接受的结论:蝙蝠可以用耳朵和嘴巴“看”。它们可以用嘴发出超声波，碰到障碍物反射回来时用耳朵接收。第一次世界大战结束后，1920年，哈塔伊认为蝙蝠发出的声音信号频率超出了人耳的听觉范围。还指出，蝙蝠定位目标的方法与朗·万智在第一次世界大战中发明的超声波回波法相同。遗憾的是，哈塔伊的提示并没有引起人们的重视，工程师们也无法相信蝙蝠拥有“回声定位”的技术。直到1983采用电子测量仪，才完全确认蝙蝠是通过发射超声波来定位的。但这对雷达和声纳的早期发明已经没有帮助了。
这三个例子发人深省，给人很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物就已经在自然界生活了亿万年，并在长期的生存斗争进化中获得了适应自然的能力。生物学研究可以表明，在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具有适应内外环境变化的能力。生物学中有许多卓有成效的技能。如体内的生物合成、能量转换、信息接收和传递、对外界的识别、导航、定向计算和合成等。，展现了很多机器无法比拟的优势。生物的小，灵敏，快速，高效，可靠，抗干扰，真的很神奇。
生物学和技术之间的桥梁
仿生学的诞生
随着生产的需要和科技的发展，20世纪50年代以来，人们认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，并有意识地把生物界作为各种技术思想、设计原理和发明的源泉。人们利用化学、物理、数学和技术模型对生物系统进行深入研究，推动了生物学的大发展，使生物体内的功能机制研究取得了快速进展。此时，模拟出来的生物不再是令人着迷的幻想，而是可以做到的事实。生物学家和工程师积极合作，开始利用从生物学中获得的知识来改进旧的或创造新的工程设备。生物开始步入各行各业技术创新和革命的行列，首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得成功。因此，生物学和工程技术学科相互结合、相互渗透，诞生了一门新的科学——仿生学。
仿生学作为一门独立学科，于1960年9月正式诞生。第一届仿生学大会由美国空军航空管理局在俄亥俄州代顿空军基地举行。会议讨论的中心议题是“从生物系统分析中获得的概念能否应用于人工信息处理系统的设计？”斯蒂尔为这门新兴科学命名为“仿生学”，希腊语意思代表研究生命系统功能的科学。1963，中国将“仿生学”翻译为“仿生学”。斯蒂尔将仿生学定义为“模仿生物原理构建技术系统，或使人工技术系统具有或类似生物特征的科学”。简而言之，仿生学是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是一门研究生物系统各种优良特性的综合性科学，如结构、特性、功能、能量转换、信息控制等。，并将其应用于技术系统，改进现有的技术工程设备，并创建新的技术系统，如工艺流程、建筑配置和自动化设备。从生物学角度看，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；仿生学从工程技术的角度出发，以对生物系统的研究为基础，为设计和建造新的技术装备提供了新的原理、新的方法和新途径。仿生学的光荣使命是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近生物系统的技术体系，造福人类。
仿生学的研究方法和内容
仿生学的任务是研究生物系统的优良能力和原理，将其模型化，然后应用这些原理设计制造新的技术设备。
仿生学的主要研究方法是提出模型并进行模拟。研究程序大致分为以下三个阶段:
首先是生物原型的研究。根据生产实践提出的具体课题，对研究得到的生物学数据进行简化，吸收有利于技术要求的内容，排除与生产技术要求无关的因素，得到生物学模型；第二阶段是对生物模型提供的数据进行数学分析，抽象出其内在联系，用数学语言将生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后，数学模型做出可以在工程技术上测试的物理模型。当然，在生物仿真的过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是仿生上有创新。经过反复练习-理解-实践，模拟出来的东西越来越能满足生产的需要。这种模拟的结果是，最终的机械设备将与生物原型不同，在某些方面将超过生物原型的能力。比如现在的飞机在很多方面超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中比人类的计算能力更快更可靠。
总之，仿生学的研究内容包括更广泛的内容，从分子仿生到宏观宇宙仿生。当今科学技术正处于一个各种自然科学高度融合、交叉、渗透的新时代。仿生学通过模拟将生命的研究和实践结合起来，同时极大地促进了生物学的发展。在其他学科的渗透和影响下，生物科学的研究方法发生了根本性的变化；内容也从描述、分析的层面向准确、量化的方向深化。生物科学的发展以仿生学为渠道，向各种自然科学和技术科学传递有价值的信息和丰富的营养，加速科学的发展。因此，仿生学的科学研究显示出无限的生命力，它的发展和成果将为推动整个世界的科技发展做出巨大贡献。
仿生学的研究范围
仿生学的研究范围主要包括:机械仿生学、分子仿生学、能量仿生学、信息与控制仿生学等。
机械仿生是研究和模仿生物的一般结构和精细结构的静态性质，以及生物体内各种成分的相对运动和生物在环境中运动的动态性质。比如模仿壳体建造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的柱子，不仅可以消除应力特别集中的区域，而且可以用最少的建筑材料承受最大的荷载。军事上模仿海豚皮的凹槽结构，在船体上应用人造海豚皮包，可以减少航行流量，提高速度；
分子仿生是研究和模拟酶的催化作用、生物膜的选择性和渗透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在了解了森林害虫舞毒蛾性信息素的化学结构后，合成了一种类似的有机化合物，可以用百万分之一微克的剂量在野外昆虫诱捕器中诱捕并杀死雄性昆虫；
能量仿生学就是研究和模仿生物电器官的生物发光、肌肉将化学能直接转化为机械能等生物体内的能量转化过程。
信息与控制仿生学是研究和模拟感觉器官、神经元和神经网络等生物体内的信息处理过程，以及高级中枢的智能活动。例如，基于象鼻虫视动反应的“自相关测速仪”可以测量飞机的着陆速度。根据鲎复眼侧抑制网络的工作原理，研制成功了一些能够增强图像轮廓、提高对比度的装置，从而有助于模糊物体的检测。建立了100多个神经元模型，并在此基础上构造了新的计算机。
仿生学的范围很广，信息与控制仿生学是一个主要领域。一方面是因为自动化发展到智能控制，另一方面是因为生物科学发展到这样一个阶段，研究大脑成为神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究，大脑学习、记忆和思维过程的研究和模拟，生物体内控制的可靠性和协调性等。-是仿生学研究的主要方面。
控制与信息仿生学和生物控制论密切相关。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都使用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用的人工硬件系统；另一方面，生物控制论从控制论的一般原理和技术科学理论中寻求对生物行为的解释。
类比、模拟和模型方法的最广泛使用是仿生学研究方法的一个突出特点。其目的不是直接复制每一个细节，而是以了解生物系统的工作原理，实现特定功能为中心目的。一般认为仿生学研究有三个相关的方面:生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，数学模型是二者之间必不可少的桥梁。
苍蝇和宇宙飞船
讨厌的苍蝇看似与宏大的航天事业无关，但仿生学却将它们紧密联系在一起。
苍蝇是臭名昭著的“臭东西”，它们随处可见，气味难闻。苍蝇的嗅觉特别灵敏，能闻到几千米外的气味。但是苍蝇没有“鼻子”。它是靠什么来充当嗅觉的？原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。
每个“鼻子”只有一个与外界相通的“鼻孔”，里面含有数百个嗅觉神经细胞。如果气味进入鼻孔，这些神经会立即将气味刺激转化为神经电脉冲，并发送到大脑。大脑可以根据不同气味的物质产生的不同神经电脉冲来区分不同气味的物质。因此，苍蝇的触角就像一个灵敏的气体分析仪。
仿生科学家受此启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，仿制了一种非常奇特的小型气体分析仪。这台仪器的探头不是金属，而是一只活苍蝇。将极细的微电极插入苍蝇的嗅觉神经，引导的神经电信号经电子电路放大后送至分析仪；分析仪一发现有气味物质的信号就能发出警报。这个仪器已经安装在飞船的驾驶舱里，用来检测舱内气体的成分。
这种小型气体分析仪还可以测量潜艇和矿井中的有害气体。这一原理也可用于改进计算机的输入装置和气相色谱分析仪的结构原理。
从萤火虫到人工发光
自从人类发明了电灯，生活变得更加方便和丰富。但是电灯只能将一小部分电能转化为可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，电灯的热射线对人的眼睛是有害的。那么，有没有只发光不发热的光源呢？人类又把目光投向了大自然。
在自然界中，许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而这些动物发出的光不会产生热量，所以也叫“冷光”。
在许多发光的动物中，萤火虫是其中之一。萤火虫大约有65，438+0，500种，它们冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也不一样。萤火虫发出冷光，不仅发光效率高，而且一般比较柔和，适合人眼，光的强度也比较高。因此，生物发光是人类的理想光源。
科学家发现萤火虫的发光装置位于腹部。这种光发射器由三部分组成:发光层、透明层和反射层。发光层有数千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光素酶。在荧光素酶的作用下，荧光素在细胞内水的参与下，与氧化结合发出荧光。萤火虫的发光本质上是化学能转化为光能的过程。
早在20世纪40年代，人们就在对萤火虫的研究基础上创造了荧光灯，极大地改变了人类的照明来源。近年来，科学家首先从萤火虫中分离出纯净的荧光素，然后分离出荧光素酶，再通过化学方法人工合成荧光素。由荧光素、荧光素酶、ATP(三磷酸腺苷)和水组成的生物光源，可以在充满爆炸性气体的矿井中用作闪光灯。由于这种灯没有电源，不会产生磁场，所以在生物光源的照射下，可以用来清除磁性地雷。
现在，人们可以通过混合一些化学物质获得类似生物光的冷光，用于安全照明。
电鱼和伏特电池
自然界很多生物都可以发电，光是鱼类就有500多种。人们把这些能放电的鱼称为“电鱼”。
各种电鱼都有不同的放电技巧。电鳐、电鲶和电鳗的放电能力最强。中型鱼雷能产生70伏左右的电压，而非洲鱼雷能产生高达220伏的电压；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压。有一种南美电鳗能产生高达880伏的电压，被称为电击冠军。据说它能杀死像马这样的大动物。
电鱼放电的奥秘在哪里？经过对电鱼的解剖研究，终于发现电鱼体内有一个奇怪的发电器官。这些发电机由许多半透明的盘状电池组成，称为电板或电盘。由于电鱼的种类不同，发生器的电板形状、位置、数量也不同。电鳗的发生器呈棱形，位于尾棘两侧的肌肉中；鱼雷的发生器形状像一个扁肾，排列在身体中线两侧，有200万个电板。电鲶的发生器起源于某种腺体，位于皮肤和肌肉之间，大约有500万个电板。单个极板产生的电压很弱，但是因为极板多，产生的电压就很大。
电鱼的非凡技能引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特设计了世界上最早的基于电鱼发电器官的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电机设计的，所以被称为“人造电官”电鱼的研究也给了人们这样的启示:如果能成功模仿电鱼的发电器官，那么就能很好地解决舰船和潜艇的动力问题。
水母迎风的耳朵
在自然界中，水母，早在5亿年前，就和经典一起生活在海里。“但是水母跟顺风耳有什么关系呢？人们肯定会问这样的问题，因为在风暴预警前水母会成群结队地游向大海，预示着风暴即将来临。但是这和“顺风耳”有什么关系呢？原来，蓝色海洋中空气与波浪摩擦产生的次声波(频率为8 ~ 13 Hz)是风暴预警前的预报。这种次声波人耳是听不到的，但对于水母来说却是小菜一碟。经过研究，科学家发现水母的耳朵里有一个细柄，柄上有一个小球，里面有一个小听石。
科学家根据水母耳朵的结构和功能，设计了一种水母耳朵风暴预测器，精确模拟了水母感受到次声的器官。
技能训练长颈鹿和宇航员的失重
长颈鹿之所以能通过长长的脖子把血液输送到头部，是因为长颈鹿有高血压。据测量，长颈鹿的血压比人类正常血压高两倍。为什么这么高的血压不会让长颈鹿脑出血而死？这和长颈鹿的身体结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，可以压迫血管，控制血流；同时，长颈鹿腿部和全身的皮肤和筋膜都很紧绷，有利于下肢血液向上回流。受此启发，科学家们设置了一种特殊的仪器来训练宇航员，让宇航员每天使用这种仪器锻炼几个小时，以防止宇航员周围的肌肉退化；飞船发射时，科学家根据长颈鹿可以利用紧绷的皮肤控制血管压力的原理，研制出了一种飞行服——“抗荷服”。抗荷服配有充气装置。随着飞船速度的增加，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，保持航天员的血压正常。同时，航天员腹部下部套有排除空气的密封装置，可以降低航天员腿部的血压，便于血液从身体上部输送到下肢。
龟壳薄壳建筑
龟甲的背甲是拱形的，跨度很大，包含很多力学原理。虽然只有2毫米厚，但用锤子很难打碎。建筑师模仿它设计薄壳建筑。这种建筑有很多优点:用料少，跨度大，经久耐用。薄壳建筑并不都是拱形的，举世闻名的悉尼歌剧院就像停泊在港湾里的一组风帆。
-结构构件
对于截面积相同的构件，将材料放在离中性轴尽可能远的地方，是一种有效的截面形状。有趣的是，这个结论也反映在自然界许多动植物的组织中。例如，许多能够抵御强风的植物的茎是中空截面的管状结构。支撑人承重和运动的骨骼，其横截面周围有致密的骨质，而柔软的骨髓则充满了空腔。建筑结构中常用的空心楼板、箱梁、工字钢板梁、折板结构、空间薄壁结构都是基于这个结论。
斑马
斑马生活在非洲大陆，外表和普通的马没什么区别。它们身上的条纹是为了适应生活环境而衍生出来的保护色。在所有的斑马中，斑马是最大最漂亮的。它的肩高是140-160 cm，耳朵又圆又大，条纹又细又多。斑马经常远离草原上的角马、角马、瞪羚、鸵鸟，以抵御天敌。斑马条纹在军事上的应用是仿生学的成功范例。
附件(仿生现象简表):
1。一个很奇怪的小型气体分析仪，是从讨厌的苍蝇身上成功复制的。它已经被安装在飞船的驾驶舱内，用来检测舱内气体的成分。
2。从萤火虫到人工发光；
3。电鱼和伏特电池；
4。水母迎风耳，模仿水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳朵风暴预报器，可以提前15小时预报风暴，对航海和渔业安全具有重要意义。
5。根据蛙眼的视觉原理，人们已经成功研制出一种电子蛙眼。这种电子蛙眼可以像真蛙眼一样准确识别特定形状的物体。在雷达系统中安装电子蛙眼后，雷达的抗干扰能力大大提高。这种雷达系统可以快速准确地识别特定形状的飞机、船只和导弹。特别是可以辨别真假导弹，防止假的混淆真的。
电子蛙眼也广泛应用于机场和交通要道。在机场，它可以监控飞机的起飞和降落，如果发现飞机即将相撞，就及时报警。在主干道上，可以指挥车辆行驶，防止车辆碰撞。
6。根据蝙蝠超声波定位器的原理，人们还为盲人仿制了“探路者”。这种探路者装有超声波发射器，盲人可以用它找到电线杆、台阶、桥上的人等。如今，类似功能的“超声波眼镜”也被制造出来了。
7。通过模拟蓝藻不完全的光合机构，设计仿生光解装置，获得大量氢气。
8。根据对人体骨骼肌系统和生物电控制的研究，复制了一种人体力量增强器——步行机。
9。现代起重机的吊钩起源于许多动物的爪子。
10。波纹屋顶模仿动物的鳞片。
11。船桨模仿了鸭子的蹼。
12。锯学螳螂臂，或锯草。
13。苍耳属植物受到启发，发明了velcro。
14。嗅觉敏锐的龙虾为人们提供了制作气味探测器的思路。
15。壁虎脚趾为制造可重复使用的胶带提供了令人鼓舞的前景。
16。贝类与其蛋白质生成的胶体非常强，这样的胶体可以应用于从外科缝合到船舶修理的一切。
16.悉尼大剧院的树叶布置和建筑。
17.潜水艇和鱼的沉浮。
18.响尾蛇和空对空响尾蛇。
[编辑此段]仿生学的最新发展
1994中国科学院曾[杰]邦哲提出了系统生物工程和系统遗传学的概念和原理，并对细胞仿生工程进行了探讨。2002年，德国人提出了用于细胞通讯的生物计算机。仿生学与遗传学的结合是系统生物工程的概念，即发展基因工程的仿生学。人工基因重组和转基因技术是对自然重组和基因转移的模仿，人工合成天然药物分子和生物大分子在分子层面是仿生的，而人工神经元、神经网络和细胞自动机在细胞系统层面是仿生的。随着从单基因遗传学到系统遗传学的单基因转移，多基因转基因的合成生物学，以及纳米生物技术、生物计算和DNA计算机技术的系统化生物工程发展，仿生学已经全面发展到从分子、细胞到器官的人工生物系统时代。