前言

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。一個國家的創(chuàng)新能力決定了它在國際競爭和世界總格局中的地位。目前，我國正在為創(chuàng)建一個國家創(chuàng)新體系而努力。國家創(chuàng)新體系包括知識創(chuàng)新系統(tǒng)、技術創(chuàng)新系統(tǒng)、知識傳播系統(tǒng)和知識應用系統(tǒng)。其中，知識創(chuàng)新系統(tǒng)的核心部分是國家科學研究機構和研究型的大學；技術創(chuàng)新系統(tǒng)的核心部分是企業(yè)；知識傳播系統(tǒng)的核心部分是高等教育系統(tǒng)以及職業(yè)培訓系統(tǒng)；知識應用系統(tǒng)的主體則是企業(yè)和社會，主要是知識和技術的應用。
仿生學是通往創(chuàng)新的重要途徑，它可以為人類的創(chuàng)新活動提供創(chuàng)新思維的靈感和方法，長久以來已經為科學技術和人類社會的發(fā)展做出了重大貢獻。
在全人類的文明史中，我國是最早涉及仿生學應用的。我們的漢字就是典型的仿生結果。漢字是象形文字，其實就是模仿事物各種形狀的文字，經過多年的演化，形成了現(xiàn)在的漢字。因此，我們很早就留下了模仿自然界植物與動物特征的痕跡。我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上筑巢，以躲避兇猛動物的攻擊；相傳春秋戰(zhàn)國時期的魯班借鑒草葉的齒形邊緣，制造出木鋸，推動了木材加工及木質建筑的發(fā)展；據(jù)《墨子》記載，魯班曾用竹木做鳥，成而飛之，三日不下。古人通過對水中魚類的觀察與模仿，伐木鑿船，做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓，由此實現(xiàn)了水上自由航行，促進了水上交通的發(fā)展；我國河北省的趙州橋和西北地區(qū)的窯洞，采用了承受外力很強的拱形設計，這些都是典型的仿生學的具體應用。但人類早期的仿生研究是在長期生產實踐活動中進行的，沒有形成仿生學的基本理論與方法。
仿生學正式誕生是在1960年9月，在美國俄亥俄州的戴頓召開的第一次世界仿生學會議中，美國生物學家J�盓�彼固轄柊逊律鷮W定義為模仿生物原理來建造技術系統(tǒng)，或者使人造技術系統(tǒng)具有或類似于生物特征的科學，并將這一新興的科學命名為Bionics。1963年，我國學者將Bionics譯為仿生學。通過研究生物體的結構、功能和性能機理，并將這些機理移植于工程技術之中，發(fā)明性能更加優(yōu)越的儀器、裝置或機器，設計新產品，是仿生學研究的主要目的。
隨著生物科學技術的飛速發(fā)展，各領域的科技人員逐漸發(fā)現(xiàn)模仿自然界的生物可以提供許多更好的設計思想并能解決許多技術問題，因此在仿生學的基礎上，分別在機械工程領域、建筑工程領域、醫(yī)學領域、化學工程領域、電子工程領域、材料工程領域、信息工程領域、控制領域等許多學科開展了仿生的研究，促進了仿生學的迅速發(fā)展和與其他學科的交叉、滲透與融合，并形成了許多分支，仿生學已經成為推動科學技術發(fā)展的強大動力和連接生物科學與技術科學之間的橋梁。
作為一門獨立的學科，仿生學就是模仿生物的科學。從生物學的角度來說，仿生學屬于應用生物學的一個分支；從工程技術方面來看，仿生學根據(jù)對生物系統(tǒng)的研究，為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。進入21世紀后，仿生學獲得了快速發(fā)展，并形成了許多分支，如仿生化學、仿生電子學、仿生機械學、仿生建筑學、仿生信息學、仿生材料學、仿生醫(yī)學等。其中，發(fā)展最迅速、影響力最大、應用最廣泛的是仿生機械學，如仿生機器人已經成為世人皆知的智能化仿生機械。
為使科學技術的發(fā)展與時俱進，很多高等工科學校都為本科生或研究生開設了仿生機械學的課程，有些大學還將仿生機械學列入學科研究方向，還有的學校將仿生學列為新專業(yè)，各種仿生機器人的研究論文涉及面非常廣泛，研究仿生學的學校和教師也非常多。但是，反映仿生機械學內容的相關書籍卻很少，更缺少相應的教科書。主要原因是仿生機械學是21世紀新興的學科，對該學科還沒有形成廣泛的共識。另外，仿生機械學涉及生物學、植物學、動物學、力學、化學、物理學、醫(yī)學、機械學、材料學、計算機科學、傳感器技術、電子技術、信息與控制學等多學科的知識，編寫覆蓋這樣龐大知識體系的教材難度很大，且編寫體系與內容的選擇也是一個巨大的挑戰(zhàn)，存在很大的難度。
考慮到社會的需求以及我們在從事仿生學、生物力學和機械學領域中的科研與教學經歷，我們決定嘗試編寫仿生機械學。
1�本帉懼笇�思想
系統(tǒng)性、知識性、趣味性、新穎性、科普性和應用性相結合是編寫本書的指導思想，在形式上力求圖文并茂。
（1）系統(tǒng)性本書力求從生物學基礎知識、仿生學基礎知識、機械學基礎知識到各種仿生機械的設計與分析，形成一個完整的仿生機械學的新體系。
（2）知識性本書從生物進化、植物分類及其運動特性、動物分類及其運動特性開始，闡述人類模仿動、植物的這些特性對社會發(fā)展做出的貢獻，進而論述仿生學的誕生及其分類，使讀者獲得一個完整的仿生學及仿生機械學的概念，最后講述陸地上跑的、天上飛的、水中游的各類動物的運動機理以及仿生設計方法，具有系統(tǒng)、完整的知識結構。
（3）趣味性本書在知識性的基礎上，加強了具有科普性的趣味內容。比如，步行動物分為爬行動物和走行動物，它們之間的異同點在哪里？如何區(qū)別它們的運動差別呢？本書不僅給予了詳細說明，還對它們的運動機理進行了分析，具有知識性和趣味性。又