¥236.00 268.00

　　内容简介

　　《生命机器：仿生与生物混合系统研究手册》汇聚全球十多个国家九十多名顶级专家、百余位研究人员的智慧，将“生命”本身作为系统工程，进行拆解、研究、再组装，是仿生和人机协同领域的一本工具书。生命机器属于生物技术前沿领域，又涉及计算机、电子工程、机器人、能源、系统工程、脑科学、心理学、伦理学等多种学科，《生命机器：仿生与生物混合系统研究手册》属于典型的生物交叉类学术成果。《生命机器：仿生与生物混合系统研究手册》共7篇65章，从路线图、生命、构建基块、能力、仿生系统、生物混合系统和展望等介绍了生命机器的研究现状和进展。

　　目录

　　目录

　　第一篇 路线图

　　第1章 生命机器概述 3

　　第2章 精神与大脑科学的生命机器方法 18

　　第3章 生命机器研究路线图 33

　　第二篇 生命

　　第4章 生命 61

　　第5章 自组织 66

　　第6章 能量与代谢 76

　　第7章 繁殖 90

　　第8章 进化发育 101

　　第9章 生长与向性 122

　　第10章 仿生材料 131

　　第11章 自我和他人建模 142

　　第12章 迈向普遍进化论 151

　　第三篇 构建基块

　　第13章 构建基块 165

　　第14章 视觉 168

　　第15章 听觉 182

　　第16章 触觉 189

　　第17章 化学感觉 199

　　第18章 本体感觉与身体图式 209

　　第19章 水下导航的电感知 219

　　第20章 肌肉 227

　　第21章 节律和振荡 236

　　第22章 皮肤和干式黏附 249

　　第四篇 能力

　　第23章 能力 261

　　第24章 模式生成 270

　　第25章 感知 281

　　第26章 学习与控制 295

　　第27章 注意和定向 316

　　第28章 决策 327

　　第29章 空间和情节记忆 336

　　第30章 伸取、抓握和操作 344

　　第31章 四足运动 359

　　第32章 飞行 375

　　第33章 通信 384

　　第34章 情感与自我调节 403

　　第35章 心智与大脑架构 416

　　第36章 分布式自适应控制的时序 427

　　第37章 意识 445

　　第五篇 仿生系统

　　第38章 仿生系统 459

　　第39章 面向纳米生命机器 468

　　第40章 从黏液菌到变形软体机器人 480

　　第41章 陆生柔软无脊椎动物和机器人 486

　　第42章 从昆虫中学习并应用于机器人的原理和机制 496

　　第43章 群体系统的合作 506

　　第44章 从水生动物到游泳机器人 519

　　第45章 哺乳动物和类哺乳动物机器人 528

　　第46章 有翼人造物 540

　　第47章 人类和类人机器人 551

　　第六篇 生物混合系统

　　第48章 生物混合系统 565

　　第49章 脑-机接口 568

　　第50章 植入式神经接口 581

　　第51章 生物混合机器人是合成生物系统 598

　　第52章 生命机器微纳技术 609

　　第53章 生物混合触觉接口 629

　　第54章 植入式听觉界面 638

　　第55章 海马记忆假体 646

　　第七篇 展望

　　第56章 展望 659

　　第57章 人体增强与超人时代 665

　　第58章 从感觉替代到感知补充 677

　　第59章 神经康复 687

　　第60章 人类与生命机器的关系 698

　　第61章 人类文化想象中的生命机器 709

　　第62章 虚拟现实与临场感的伦理学 721

　　第63章 机器可以拥有权利吗？ 732

　　第64章 仿生与生物混合系统领域教育场景概述 739

　　第65章 生命机器的可持续性 752

　　彩图

　　精彩书摘

　　第一篇路线图

　　第1章生命机器概述

　　智人（Homo sapiens）通过使用工具、利用自然原理发展技术，逐步掌控了大自然并超越自身进化遗传特征，昀终发展形成了人类文明。现代工业化社会的生活质量与我们先祖的生存条件相去甚远，我们已经进入到一个新的阶段，人类自己已经成为全球变化的主要推动力，现在处于被学界公认为非常独*的地质时代——人类世（Anthropocene）。但人类追求更好的健康状况、更长的预期寿命、更繁荣的发展、无处不在的用户友好型设备以及不断扩大的对自然界的控制权，在个人、社会、经济、城市、环境和技术等多个领域产生了众多挑战。全球化、人口迁移、自动化和数字生活的兴起，以及资源枯竭、气候变化、收入不平等和涉及自主武器的武装冲突，都在造成前所未有的危险。

　　对于古希腊哲学先贤，如苏格拉底、亚里士多德和伊壁鸠鲁，主要的问题是如何找到“幸福”（eudaemonia）或“美好生活”。今天我们面临着同样的问题，但面对的是一个技术先进、快速变革、超级互联的世界。我们还面临着一个悖论——我们通过科学和工程实现的繁荣之中，存在着威胁我们生活质量的危险。在19世纪和20世纪初，技术进步似乎自然而然地会使人类生活质量普遍提高，但现在这种关系已经不再那么明显。因此，我们如何确保人类继续繁荣？答案必须包括对支持我们的生态系统予以更多的考虑和尊重，科学技术的未来发展也将发挥关键作用。

　　正如本书所展示的，自然与人工之间的差距正在缩小。除了我们已经注意到的压力之外，人类正面临着一个更加陌生和前所未有的未来——不仅人造物会变得越来越自主，我们也可能正在过渡到一个后人类或生物混合（biohybrid）的时代，在这个时代中，我们逐渐与自己创造的技术融合在一起。

　　当朝着这个未来前进时，我们相信有必要回顾和重新考虑我们是如何发展、利用不断创建的人造物并与它们相互关联的，这将有助于确定人类正在成为什么。我们采用的具体方法是以生物学为依据的。我们寻求向自然世界学习创建可持续系统来支持和改善生活的方法，并认为这是一种使技术更好地与人类兼容的方法。

　　这些方法也是会聚、融合的，包括科学、技术、人文和艺术，希望通过这些方法来应对和解决不断发展变化的具象的物理学问题与抽象的形而上学问题，并通过这类研究来让我们能反向了解人类面临的问题。

　　我们将这一领域称为“生命机器”（living machines），因为我们认为统一系统科学可以帮助我们既了解人类自身的生物特性，也了解我们所制造的物体的人工特性。在这一过程中，我们有意摒弃了笛卡儿的二元论，因为二元论观点将思想与身体、人类与动物、有机体与人造物割裂开来，人类自身在进化过程中进化出了生物感知的丰富性，这种丰富性使我们能够通过科学技术更好地了解自己。

　　一、生命机器的机遇

　　现代技术的发展距离全面认识和实现生命系统的多功能性、鲁棒性和可靠性还有很大的差距。尽管在材料科学、机械电子学、机器人学、人工智能、神经科学和相关领域已经取得了巨大进展，但我们仍然无法构建出能与昆虫相类似的系统。这有很多原因，但其中有两个基本和内在的限制昀为突出。一方面，人造物在自主处理真实世界方面仍然非常有限，特别是当这个世界到处都是其他各种智能体时；另一方面，我们在扩展和集成底层组件技术方面仍然面临着根本的挑战。在本书中，解决这两个瓶颈的方法是将自然系统在无数不同现实世界情境中运行和维持的复杂能力，转化为工程科学的基本原则。大自然是我们所知道的具有可持续性、适应性、可扩展性和鲁棒性基本原则的唯一例子。利用这些原则将创建一种全新的技术类别，具有可更新性、适应性、鲁棒性、自我修复性、潜在的社会性和道德性，甚至可能具有意识（Prescott et al.，2014；Verschure，2013）。这就是生命机器的王国。

　　在生命机器领域，我们区分了两类实体：仿生系统（biomimetic systems）——利用自然界中发现的原理并体现在新的人造物中，以及生物混合系统（biohybrid systems）——将生物实体与人工实体以丰富而密切的相互作用结合起来，从而形成新型生物——人工混合实体。

　　仿生学和人类文明一样古老。公元前4世纪，希腊哲学家塔伦托的阿尔希塔斯（Archytas of Tarentum）建造了一个木制自走式飞行器，它由蒸汽驱动，结构上类似于一只鸟（图1.1a）。随着历史的发展，我们可以发现模拟飞行的重要转变，从模仿自然过程的形态，如鸟类翅膀的形状和运动，转变为发现飞行升力和阻力的原理，这帮助莱特兄弟制造出了人类历史上的第一个飞行器（图1.1b）。因此，从仿生学领域学习到了一个重要的经验教训，即超越生物系统的外在表现，理解并重新运用它们所体现的根本原理。现今，我们通过了解对产生准确的飞行升力和推力平衡至关重要的鸟类设计原理，能够较为准确地模拟鸟类的有翼飞行（见Hedenstr.m，第32章），Festo公司的智能鸟（图1.1c）就是一个很好的例子（见Send，第46章）。

　　仿生学研究正在蓬勃发展，昀有前景的领域包括系统设计与结构、自组织和协同性、生物启发活性材料、自组装和自修复、学习、记忆、控制架构与自我调节、运动和移动、感觉系统、感知、认知、控制和交流。这些领域仍在不断扩大，本书第二至第四篇中将进行深入探讨。在所有这些领域中，仿生系统提供了比我们现有技术更有效、适应性更强和更强大的潜力，并且通过构建各种不同的仿生装置和类动物机器人而得到证实（见第五篇）。