Recent Advances in the 3D Physiological Human pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer London Ltd

作者:Magnenat-Thalmann, Nadia 编

出品人:

页数:233

译者:

出版时间:2009-10

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9781848825642

丛书系列:

图书标签:

• 3D人体生理学
• 生理学
• 人体模型
• 生物医学工程
• 医学研究
• 虚拟现实
• 计算机模拟
• 健康科技
• 生物力学
• 人体解剖学

《仿生工程的边界：感知、交互与智能 简介 在人类文明的长河中，我们从未停止对自身奥秘的探索，以及对如何超越生理局限的思索。从远古的神话传说，到当今科学技术的飞速发展，人类对“人”的理解和塑造，始终是驱动进步的核心动力。而《仿生工程的边界：感知、交互与智能》这部著作，正是集结了一批前沿科学家和工程师的智慧结晶，深入剖析了仿生工程在重塑人类感知能力、优化人机交互方式以及赋能智能系统等多个维度上所取得的突破性进展。本书并非仅仅是技术手册的堆砌，而是以一种宏观的视角，勾勒出仿生技术如何与人体生理系统深度融合，从而带来革命性变革的广阔前景。 本书的开篇，便将读者带入一个全新的视野：感知能力的重塑。长期以来，人类的感知能力受限于生物体的固有属性，例如视觉的波长范围、听觉的频率范围，以及触觉和嗅觉的精细程度。然而，仿生工程的出现，正以前所未有的方式挑战着这些界限。书中详细阐述了如何借鉴生物体的精妙结构和工作原理，设计和制造出能够超越人类生理极限的感知设备。 例如，在视觉仿生领域，本书深入探讨了仿生眼技术。这不仅仅是简单的光学器件改进，而是试图模仿生物眼睛的视网膜结构、光感受器细胞的工作机制，甚至晶状体的自适应调节能力。通过对视网膜色素细胞、视锥细胞和视杆细胞的深入研究，研究人员能够开发出具有更高分辨率、更广阔视野，甚至能够感知紫外线和红外线的仿生视觉传感器。这些技术有望为视力受损者带来重见光明的希望，同时也能为军事、工业和科研领域提供更强大的视觉工具。此外，书中还讨论了模拟生物复眼的结构，以实现更广阔的感知范围和动态捕捉能力，以及利用微纳技术制造超薄、可穿戴的柔性视网膜，为未来的增强现实和虚拟现实体验奠定基础。 在听觉仿生方面，本书的论述聚焦于如何精确还原甚至超越哺乳动物和鸟类精密的听觉系统。从外耳的声波收集、中耳的机械传导，到内耳毛细胞的生物电信号转换，仿生听觉设备正试图一一攻克。书中详细介绍了仿生耳蜗的研制，通过模拟人耳内毛细胞的电生理响应，实现对声音信号的精准解码和放大。这不仅能帮助听力障碍患者恢复听力，更能为在嘈杂环境中工作的专业人士提供清晰的听觉信息，甚至实现对特定声源的增强和过滤。同时，书中还探讨了对蝙蝠回声定位等高级听觉机制的仿生研究，为开发更具方向性和精度的声学传感系统提供了理论指导。 触觉和嗅觉仿生同样是本书的重点。触觉是人类与物理世界互动的基础，其细腻程度和信息丰富度是当前电子设备难以企及的。本书详细介绍了基于压电效应、摩擦电效应等原理的仿生触觉传感器，以及模仿皮肤毛孔和神经末梢的仿生皮肤技术。这些技术能够感知压力、温度、纹理甚至微小的震动，为机器人提供更精细的操作能力，为虚拟现实提供更逼真的触感反馈，并为假肢提供更自然的本体感觉。在嗅觉仿生领域，本书介绍了模拟生物嗅觉受体阵列和信号处理机制，旨在构建能够识别和区分复杂气味分子的“电子鼻”。这在食品安全、环境监测、疾病诊断以及智能家居等领域具有广阔的应用前景。 本书的第二个核心主题是人机交互的革新。随着科技的飞速发展，人与机器之间的界限正变得越来越模糊。仿生工程在这场变革中扮演着至关重要的角色，它致力于创造更加自然、直观、高效的交互方式，使机器更好地理解人类的意图，并以人类更容易接受的方式做出响应。 脑机接口（BCI）是人机交互领域最具颠覆性的技术之一，本书对此进行了深入的剖析。书中详细介绍了不同类型的脑机接口，包括侵入式、半侵入式和非侵入式。侵入式BCI通过植入电极来直接读取神经信号，能够实现极高的带宽和精度，尤其适用于功能恢复。半侵入式BCI则通过放置在颅骨上的电极来监测脑电活动，如脑电图（EEG），虽然信号精度略有降低，但安全性更高。非侵入式BCI则更加便捷，例如利用眼动追踪、面部表情识别等技术，来解读用户的意图。本书深入探讨了如何从复杂的脑电信号中提取有用的信息，以及如何将这些信息转化为对外部设备（如机械臂、电脑光标、甚至假肢）的控制指令。同时，书中也讨论了BCI技术在神经康复、游戏娱乐、甚至情感交流等方面的潜力，并关注其伦理和社会影响。 除了直接的脑部信号交互，本书还探讨了多模态人机交互。人与人之间的交流是多模态的，包含了语言、肢体语言、面部表情、语调等多种信息。仿生工程致力于将这种多模态的交互方式引入到人机交互中。本书详细介绍了如何利用传感器融合技术，整合来自语音识别、图像识别、姿态估计、情感计算等多个模态的信息，来更全面地理解用户的意图和状态。例如，一个智能助手不仅能听懂你的话，还能通过你的表情和动作来判断你的情绪，从而提供更贴心和个性化的服务。书中还探讨了基于手势识别、语音指令、甚至触觉反馈的交互方式，力求使人机交互过程如同与真人对话般自然。 可穿戴设备与智能伴侣也是本书在人机交互领域的重要论述。本书深入研究了如何将传感器、处理器和通信模块微型化，并集成到服装、手表、甚至植入物中，从而实现对用户生理健康、活动状态的实时监测和分析。这些可穿戴设备不仅能提供健康数据，更能根据用户的需求和偏好，提供个性化的建议和反馈，成为真正的“智能伴侣”。书中探讨了基于生物信号（如心率、血压、血氧）的健康监测，运动状态的分析，以及睡眠质量的评估。更进一步，本书还探讨了如何通过这些设备实现与环境的智能联动，例如根据用户的体温调节室内空调，根据用户的活动状态推荐合适的音乐等。 本书的第三大核心内容是赋能智能系统。仿生工程并非仅仅服务于人类个体，更是为构建更智能、更高效的社会系统提供了关键的技术支撑。本书深入探讨了如何从生物体身上汲取灵感，设计和优化各类智能系统。 在群体智能与协同进化方面，本书借鉴了蚂蚁、蜜蜂等社会性昆虫的集体行为模式，以及基因算法、进化策略等生物进化原理，来解决复杂的优化问题和实现分布式智能。书中详细阐述了如何构建基于仿生算法的机器人集群，使其能够协同完成任务，例如搜救、环境探测、甚至集体建造。这些仿生群体智能系统具有高度的鲁棒性、适应性和可扩展性，能够应对复杂多变的现实环境。 机器人与自动化是仿生工程应用最广泛的领域之一。本书详细介绍了如何模仿生物体的运动机制，设计出更灵活、更灵巧的机器人。例如，仿生腿部设计可以使机器人拥有更好的越野能力和运动平衡性，模仿动物的关节结构可以使机械臂拥有更宽广的活动范围和更高的操作精度。书中还探讨了基于仿生视觉和触觉的导航与避障系统，以及模仿生物肌肉的柔性驱动器，为机器人带来前所未有的灵活性和智能性。 人工智能与机器学习与仿生工程之间存在着天然的联系。本书深入探讨了如何从生物神经网络的结构和学习机制中汲取灵感，设计出更先进的人工神经网络模型。例如，模仿人脑的联想记忆、注意力机制以及强化学习算法，能够显著提升机器学习模型的性能和效率。书中还讨论了如何利用仿生传感器获取更丰富、更真实的训练数据，从而训练出更具泛化能力和鲁棒性的AI系统。 总而言之，《仿生工程的边界：感知、交互与智能》不仅是一部关于前沿科技的著作，更是一部关于人类未来可能性的探索。它以严谨的科学态度，清晰的逻辑结构，和生动的案例分析，为读者呈现了一个充满机遇和挑战的仿生工程新世界。本书的读者将有机会深入了解，我们如何通过模仿大自然的智慧，不断突破生理的局限，实现人机协同，并最终构建一个更加智能、更加美好的未来。无论是对于科学家、工程师，还是对未来科技充满好奇的普通读者，这本书都将是一次不可多得的知识盛宴，引领我们思考“人”的定义，以及科技如何重塑我们的存在方式。

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