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高隽，范之国 著

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店铺： 荣丰通达图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030420978

商品编码：29406111051

包装：平装

出版时间：2015-12-01

基本信息

书名：仿生偏振光导航方法

定价：59.0元

作者：高隽,范之国

出版社：科学出版社

出版日期：2015-12-01

ISBN：9787030420978

字数：224

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

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导语_点评_词

内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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序言

《仿生偏振光导航方法》—— 探索自然界的隐形罗盘，揭示生物导航的深层奥秘 在浩瀚的自然界中，生物的迁徙、觅食、繁殖等一系列生命活动，无不依赖于一套精妙绝伦的导航系统。这些系统，有的基于地磁场，有的利用太阳或月亮的位置，而其中一种最为隐秘却又普遍存在的导航机制，便是对偏振光的感知和利用。本书《仿生偏振光导航方法》正是聚焦于这一迷人领域，深入剖析生物体如何巧妙地解读天空中的偏振光信息，并将之转化为精确的空间定位指令。本书旨在揭示这一自然奇观的背后原理，并在此基础上，探索其在现代科技领域中的仿生应用潜力。 第一章：偏振光——天空中的隐形地图 本章将带领读者从最基础的物理学概念出发，理解什么是偏振光。我们将详细阐述太阳光在穿过地球大气层时，如何因瑞利散射而产生不同方向的偏振。通过图文并茂的讲解，读者将清晰地认识到，天空并非均匀地反射阳光，而是存在着一个复杂的偏振模式。这个模式不仅与太阳的位置密切相关，而且在一天中的不同时间和季节，呈现出微妙的变化，宛如一张无形的、动态的天空地图。 我们将深入探讨偏振光的几个关键参数，例如偏振度（degree of polarization）和偏振角（angle of polarization）。偏振度描述了光的振动方向集中程度，而偏振角则指示了偏振方向。理解这两个参数的变化规律，是掌握偏振光导航的基础。我们还将介绍不同天气条件（如晴朗、多云、阴天）对偏振光模式的影响，以及偏振光在一天中不同时间段（黎明、正午、黄昏）的特有变化，为后续章节中生物的导航策略奠定扎实的理论基础。 第二章：生物的“偏振视觉”——感知与解读 在这一章，我们将把目光转向大自然中的奇妙生物。通过回顾大量科学研究，本书将详细介绍哪些生物拥有感知偏振光的能力，以及它们是如何实现这一“第六感”的。我们将重点关注拥有“偏振视觉”的代表性物种，例如： 昆虫类： 蜜蜂、蚂蚁、甲虫等，它们如何在广阔的田野或森林中，利用天空的偏振信息进行觅食和归巢。我们将剖析它们复眼的特殊结构，如偏振敏感的感受器细胞，以及它们大脑中处理偏振信息的神奇通路。 头足类： 章鱼、乌贼等，它们不仅能在水中感知偏振光，还能在黑暗的环境中利用偏振光进行伪装和交流，展现了偏振光感知在不同环境下的多样性应用。 鸟类： 鸽子、信天翁等，它们在长途迁徙过程中，如何将偏振光导航与地磁导航、视觉地标等其他导航方式相结合，形成一套多模态的导航系统。 其他物种： 蜘蛛、一些鱼类等，它们在不同生活习性下，利用偏振光进行环境感知、求偶等行为的案例。 我们将深入探讨生物体内实现偏振光感知的生理学机制。这包括研究它们眼部感光细胞的特殊结构（如微绒毛的排列方向），以及由此产生的对特定方向光振动的敏感性。同时，我们也会审视生物神经系统是如何整合这些偏振信息，将其转化为决策和行为的。例如，某些昆虫会将偏振角信息转化为相对于太阳方向的特定角度，从而建立起一个稳定的方向参考。 第三章：偏振光导航策略——生物的智慧结晶 本章将聚焦于生物体在实际导航过程中，是如何运用偏振光信息的。我们将根据不同的生物类群和生存环境，总结出多种典型的偏振光导航策略： 太阳方位推断： 大多数生物利用天空偏振模式的整体分布，以及偏振度与偏振角的变化，来间接推断出太阳在天空中的大致方位。即使在太阳被云层遮挡，或者处于地平线以下时，偏振光信息依然能够提供关键的导航线索。 空间定向： 生物能够基于天空的偏振信息，建立起一个稳定的、与自身方向相关的空间坐标系。这意味着，无论生物自身如何转动，它都能感知到固定的“天空地图”，从而维持正确的方向。 目的地定位： 在某些情况下，生物甚至能够通过解析更复杂的偏振信息，或者结合其他环境线索，实现对目的地的精确识别和定位。这可能涉及到对偏振信息随时间或地理位置变化的敏感性。 多模态整合： 我们将强调，偏振光导航并非孤立存在，而是常常与其他导航方式（如视觉地标、嗅觉、听觉、地磁场等）协同工作。生物能够根据环境的实时变化，动态调整不同导航模态的权重，以应对复杂的导航挑战。 我们将通过详细的实验案例分析，例如模拟实验、行为观察等，来阐述这些导航策略的具体实现过程。例如，通过改变天空偏振模式的模拟环境，观察生物的行为反应，以此验证其导航机制。 第四章：仿生学应用——从自然智慧到科技创新 在本章，我们将把目光从生物的自然智慧，转向其在现代科技领域中的广阔应用前景。本书将深入探讨如何从生物的偏振光导航机制中汲取灵感，开发出新一代的导航与定位技术： 仿生偏振导航传感器： 借鉴生物眼部的结构和感光机制，设计出高灵敏度、高稳定性的偏振光传感器。这些传感器能够全天候、全方位地感知天空的偏振信息，不受GPS信号盲区、电子干扰等问题的限制。 不受GPS依赖的定位系统： 开发基于偏振光导航的独立定位系统。这种系统可以作为GPS的有力补充，甚至在GPS失效的极端环境下，提供可靠的导航能力。这对于无人机、自动驾驶汽车、水下机器人等领域具有革命性的意义。 智能视觉系统： 将偏振光感知能力集成到机器人和智能设备的视觉系统中，使其能够更有效地理解和处理环境信息。例如，在复杂光照条件下，偏振光信息可以帮助识别物体表面纹理、排除眩光干扰，提升物体识别和场景理解的能力。 材料科学与光学工程： 仿生学研究也可能推动新型偏振光调制材料、偏振光成像技术的发展，为通信、显示、生物医学成像等领域带来新的突破。 环境监测与遥感： 偏振光信息携带的环境信息（如大气成分、水体状态等）可以被用于开发更先进的遥感技术，为环境监测和地球科学研究提供新的工具。 我们将分析现有仿生偏振光导航技术的进展，讨论其在理论、材料、算法等方面的挑战，并展望未来的发展方向。本书力求为相关领域的研究者、工程师和爱好者提供一个全面而深入的参考。 第五章：挑战与展望——通往未来的导航之路 本章将是对全书内容的总结与升华，并着眼于未来。我们将梳理当前偏振光导航研究领域面临的主要挑战，包括： 精确建模： 如何更精确地模拟不同天气、不同时间条件下的天空偏振模式，以及生物体对这些模式的精确解读。 硬件实现： 如何设计出小型化、低功耗、高鲁棒性的仿生偏振导航传感器和系统。 算法开发： 如何开发出高效、可靠的算法，将原始的偏振光数据转化为有用的导航信息。 多模态融合： 如何更有效地将偏振光导航与其他导航技术进行融合，形成强大的混合导航系统。 同时，我们将对偏振光导航技术的未来发展趋势进行展望。这可能包括： 个性化导航： 根据不同应用场景和用户需求，定制化的仿生偏振导航解决方案。 生物启发式学习： 借鉴生物的学习和适应能力，开发出能够自主学习和优化的仿生导航算法。 跨领域融合： 推动偏振光导航技术与人工智能、量子技术等前沿领域的交叉融合，孕育颠覆性创新。 本书《仿生偏振光导航方法》旨在搭建一座连接自然智慧与现代科技的桥梁。通过深入浅出的讲解和丰富翔实的案例，我们希望能够激发更多人对这一迷人领域的兴趣，并为推动相关研究和应用的发展贡献一份力量。这不仅仅是一本关于导航的书，更是一本关于生命智慧、探索未知、创造未来的书。

评分☆☆☆☆☆

对于《仿生偏振光导航方法》这个书名，我首先联想到的是一种非常精密的自然现象——光的偏振。我们都知道光波是横波，而偏振就是描述光波振动方向的一种性质。地球大气层中的分子会将太阳光散射，而散射后的光线会产生不同程度的偏振。许多生物，比如蚂蚁、蜜蜂，甚至一些鱼类，被发现能够感知并利用这种天空偏振模式来确定方向，这是一种极其古老而高效的导航方式。这本书名让我很好奇，它究竟会深入到多深的层次来解读这一机制。我猜测书中会从物理学的角度，细致地讲解偏振光是如何在不同大气条件下形成的，以及这些偏振模式与天空方位之间的精确对应关系。随后，它可能会转向生物学，深入剖析不同生物的视觉系统是如何进化出感知偏振光的独特能力的，比如视网膜中是否存在特殊的感光色素，或者视觉神经通路是如何处理这些信息的。更具吸引力的是，它很可能将这些生物学的奥秘与现代工程技术结合起来，探讨如何设计出能够模拟生物导航能力的传感器和算法。我想象书中会描绘出一种全新的导航设备，它不需要依赖GPS信号，而是通过分析周围环境的光学特征来实现高精度的定位。这种技术如果能够实现，无疑将对许多对GPS信号敏感或者依赖GPS信号的领域产生颠覆性的影响，比如在水下、地下或者信号干扰严重的区域，它将提供一种全新的解决方案，这真是令人充满了遐想。

评分☆☆☆☆☆

听到《仿生偏振光导航方法》这个书名，我立刻产生了一种强烈的求知欲。它似乎指向了一个非常独特且前沿的导航研究方向，将生物的自然能力与现代科技相结合。我推测，这本书的论述会从基础的光学原理开始，深入浅出地讲解光的偏振现象，以及偏振光在自然界中的普遍存在。接着，它很可能会着重于生物学方面的探索，详细介绍哪些动物，例如鸟类、昆虫等，能够感知并利用天空中的偏振光模式来确定方向。我非常期待书中能有关于这些生物视觉系统结构和功能的详细描述，例如，它们是如何拥有能够检测偏振光方向的感光细胞，以及大脑是如何处理这些信息并将其转化为导航指令的。这本书的“方法”二字，暗示着它不仅仅是介绍现象，更重要的是提供一套可行的技术实现方案。因此，我预计书中会包含大量的工程设计理念和技术细节，例如如何设计能够模拟生物眼的偏振传感器，如何开发能够解析偏振信息并进行自主导航的算法，以及这些方法在实际应用中可能遇到的挑战和解决方案。我设想，这本书会为我们打开一个新的视野，让我们看到一种不同于传统GPS的、更加独立和鲁棒的导航方式的潜力，这是一种能够让我们在各种复杂环境中都保持“导航在线”的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了未来感，深邃的蓝色背景上，一道弯曲的光线勾勒出一个抽象的仿生结构，仿佛在描绘着某种精密而自然的导航原理。这不禁让人对书名《仿生偏振光导航方法》产生了浓厚的兴趣。我一直对生物如何感知环境并以此进行定位和导航这件事着迷，比如候鸟迁徙，或者昆虫如何在复杂的环境中找到回家的路。这本书的名字听起来就触及了这一领域的尖端，而且“仿生”这个词暗示了它并非单纯的理论推导，而是从自然界汲取灵感，试图模仿生物的智慧。我想象书中会详细介绍自然界中哪些生物能够利用偏振光进行导航，它们又是如何做到这一点的，是通过眼睛里的特殊感光细胞，还是通过其他更巧妙的机制。接着，这本书很有可能将这些生物学原理与现代科学技术相结合，探讨如何将这些仿生学的洞察转化为实用的导航技术。这可能涉及到光学、生物学、计算机科学以及工程学等多个学科的交叉融合，最终形成一套全新的导航方法。我期待书中能有具体的案例分析，展示这些仿生偏振光导航方法在实际应用中的潜力，比如在无人驾驶、机器人导航，甚至是太空探索等领域。这本书听起来就像一本能够拓宽我们认知边界的科幻小说，却又蕴含着严谨的科学研究，真是令人期待！

评分☆☆☆☆☆

《仿生偏振光导航方法》这个书名，在我看来，蕴含着一种将自然界最精妙的智慧融入现代科技的宏大愿景。我猜想，这本书的开篇会从一个宏观的视角切入，阐述当前导航技术的局限性，比如对外部信号的依赖、容易受到干扰等问题，以此来引出研究新的、更鲁棒的导航方法的必要性。随后，它会巧妙地将目光投向自然界，介绍那些能够利用天空偏振光进行导航的生物，并详细阐述偏振光在天空中的分布规律及其与太阳位置的关系，这是实现导航的基础。我尤其期待书中能有详细的案例分析，例如，书中会如何解释蚂蚁如何在开阔的地形中，即使看不到太阳，也能利用偏振光找到回家的路？蜜蜂又是如何利用偏振光来规划飞行路线，并准确返回蜂巢的？这些生动的故事，无疑会极大地增强我们对仿生导航的理解。更进一步，这本书很可能还会探讨如何将这些生物学原理转化为具体的工程技术。我设想，书中会提出各种创新的传感器设计，能够捕捉天空的偏振信息，并会介绍相应的信号处理算法，将这些原始数据转化为精确的航向和位置信息。这本书听起来就像是打开了一扇通往未来导航技术的大门，它所描绘的蓝图，充满了科学的严谨和工程的魅力，让人对未来的出行和探索充满无限的遐想。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《仿生偏振光导航方法》这个书名时，我的脑海中立即浮现出一幅幅画面：微小的昆虫在广阔的草原上精准地飞向巢穴，候鸟在茫茫的夜空中辨别方向，它们似乎都拥有一种我们人类难以企及的“第六感”。而这本书的名字，恰恰点出了这种“第六感”的可能来源——对偏振光的利用。我相信，这本书不会仅仅停留在理论的层面，而是会以一种非常实际和具有指导意义的方式来探讨“仿生”和“导航”。我预感书中会首先建立一个坚实的理论基础，详细解释什么是偏振光，它的物理特性以及在自然界中是如何存在的。接着，它很可能会深入研究不同生物是如何“看到”和“理解”偏振光的。我期待书中能够提供详细的生物解剖学和生理学描述，揭示那些隐藏在生物体内的“导航仪”是如何工作的。最令我兴奋的是，这本书很有可能是一本“方法论”的指南，它不仅仅告诉我们生物是怎么做的，更重要的是，它会教我们如何“模仿”这些生物。这意味着书中会包含具体的工程设计思路、算法模型，甚至是原型机的开发过程。我期待书中能有大量的图示、流程图，甚至是实验数据，来支撑其论点，并且能够为想要在这一领域进行研究或开发的读者提供清晰的路径。这本书听起来像一本集科学探索、生物奥秘与工程创新于一体的百科全书，让人充满了学习和探索的冲动。