医学领域生物仿生技术运用现状与趋势

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医学领域生物仿生技术运用现状与趋势

　　摘要：近年来, 随着人工智能的兴起和发展, 生物仿生技术的发展也极为迅速。生物仿生技

术已经应用到军事、医疗、工业制造业、建筑行业等多个热门行业及领域。仿生技术已经成为

目前国内外专家学者以及人民群众热议的话题。而在医学领域, 生物仿生技术刚刚兴起还处在

初步探索与发展阶段, 但是已经在医疗康复、人体器官及组织再构中起到了非常重要的作用, 也

被广泛应用于人类重大疾病的诊断、防治、康复等多个层面。简要介绍了生物仿生技术的主要

发展情况以及主要分类情况, 并在此基础上详细说明了生物仿生技术在医学领域的具体应用, 并

简要概述其未来的发展状况。

　　 1　仿生技术发展状况及主要分类

仿生学, 顾名思义就是通过研究生物对象和系统的结构特征以及相应的组织结构, 通过能量转换

来提取重要信息。并将提取的信息和知识应用于现代工业制造、高精尖行业、建筑、科技、医

学等多个学科的一门综合学科。通过对生物固有的结构特征的提取、研究, 进行相应模仿学习,

并重建生物系统的结构、功能并应用到人类领域, 实现对自然环境的适应和改变, 创造经济和社

会价值。目前, 现代仿生学已经扩展到许多领域, 并在这些领域和行业中得到推动和发展。目前,

对于医学仿生学来说, 还是一个新型学科, 它是生物仿生学在医学领域的应用及发展, 主要是通

过仿生学技术的研发与使用从而达到修复人体身体功能的目的。

仿生技术涉及大量领域, 因此很难对其进行非常准确分类。根据目前国内外的研究现状, 学者们

总结了仿生技术的类型如下: (1) 结构仿生。通过对相关生物构造以及基因的分析研究, 构建相

似生物体及生物结构的高科技产品, 从而通过应用实现相似功能。 (2) 功能仿生。必须建立在结

构仿生学的基础之上, 通过模仿学习动物功能来实现相应的思维感知以及运动和操纵。 (3) 材料

仿生。模拟生物特征如人体皮肤、血液构造、眼膜、心脏等特征实现仿生材料的研制与开发。

(4) 力学仿生。人体力学的仿生学主要研究人体结构的静态特征。 (5) 控制仿生。主要分为三

类, 即先进的神经元仿生学, 低级神经元仿生学和进化机制。

　　 2　生物仿生技术在医学领域的具体应用

2.1 仿生智能技术应用于残疾人康复

对于健康人来说, 平脚站立是再正常不过的事情, 但是对于残疾人或某些截肢患者来说, 这种简

单的动作要想实现是非常困难的。而现如今, 随着人机交互和仿生智能等高科技技术的不断创

新发展与应用, 仿生智能技术衍生的智能辅助设备正在为残疾人的生活带来巨大变化, 也呈现出

了广阔的市场前景。

应用仿生技术的残疾人康复器械设备主要原理是利用包括传感器、计算机芯片和机电设备在内

的一些设备, 通过计算机芯片计算结果迅速反应, 以确定佩戴者所处的周边地理环境, 推测其下

一步的行为指令, 以这种方式, 代替人脑和生物神经, 向辅助肢体发出动作命令。在帮助穿着者

行走的同时, 还可以提供主动扭矩以成功地实现对多个地形的主动适应。

2.2 生物仿生技术用于人体仿生材料

仿生材料与生物、工业材料在本质上的区别为是否在生理环境及条件下使用。仿生材料通过移

植生物体内的某些具有辨识度的特性, 通过与人体器官兼容从而在医学层面上应用于人体医学

研究, 比如人体皮肤材料、血液、心脏等。对于人体皮肤修复材料来说, 天然皮肤修复和替代材

料是通过仿制生物结构和功能仿生学而产生的, 这实际上是一种非常流行的仿生组织工程皮

肤。

从材料科学和工程学的角度来看, 人体组织可以被认为是细胞和细胞外基质的天然复合物。随

着组织工程的发展, 生物医学材料面临新的挑战, 不仅要求生物材料具有生物安全性和生物相容

性, 还会在植入人体后, 诱导血管和神经的黏附, 增殖, 分化和生长, 这意味着模仿组织工程材

料。遵循仿生材料的皮肤、仿生组织工程皮肤的发展经历了三代, 第一代是单层(皮肤层或真

皮) 皮肤修复和替代材料, 第二代是双层皮肤修复与替代材料, 第三代是具有辅助成分的皮肤复

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医学领域生物仿生技术运用现状与趋势　　摘要：近年来,随着人工智能的兴起和发展,生物仿生技术的发展也极为迅速。生物仿生技术已经应用到军事、医疗、工业制造业、建筑行业等多个热门行业及领域。仿生技术已经成为目前国内外专家学者以及人民群众热议的话题。而在医学领域,生物仿生技术刚刚兴起还处在初步探索与发展阶段,但是已经在医疗康复、人体器官及组织再构中起到了非常重要的作用,也被广泛应用于人类重大疾病的诊断、防治、康复等多个层面。简要介绍了生物仿生技术的主要发展情况以及主要分类情况,并在此基础上详细说明了生物仿生技术在医学领域的具体应用,并简要概述其未来的发展状况。　　1　仿生技术发展状况及主要分类仿生学,...

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