人类要从生物系统中获得启示，首先需要研究生物和技术装置是否存在着共同的特性。1940年出现的调节理论，将生物与机器在一般意义上进行对比。到1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上，1947年，一个新的学科——控制论产生了。
控制论（Cybernetics）是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制论的创始人之一维纳（NorbefWiener，1894～1964）给予控制论的定义是“关于在动物和机器中控制和通讯”的科学。虽然这个定义过于简单，仅仅是维纳关于控制论经典著作的副题，但它直截了当地把人们对生物和机器的认识联系在了一起。
控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统内有某些共同的规律。根据控制论研究表明，各种控制系统的控制过程都包含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常，取决于信息运行过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制元件、部件、线路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看，控制系统就是一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处，于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣，并且采用物理学的、数学的甚至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此，控制理论成为联系生物学与工程技术的理论基础，成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。
生物体和机器之间确实有很明显的相似之处，这些相似之处可以表现在对生物体研究的不同水平上。由简单的单细胞到复杂的器官系统（如神经系统）都存在着各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看成是一种具有特殊能力的机器，和其它机器的不同就在于生物体还有适应外界环境和自我繁殖的能力。也可以把生物体比作一个自动化的工厂，它的各项功能都遵循着力学的定律；它的各种结构协调地进行工作；它们能对一定的信号和刺激作出定量的反应，而且能像自动控制一样，借助于专门的反馈联系组织以自我控制的方式进行自我调节。例如我们身体内恒定的体温、正常的血压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制论的产生和发展，为生物系统与技术系统的连接架起了桥梁，使许多工程人员自觉地向生物系统去寻求新的设计思想和原理。于是出现了这样一个趋势，工程师为了和生物学家在共同合作的工程技术领域中获得成果，就主动学习生物科学知识。
人类仿生的行为虽然早有雏型，但是在20世纪40年代以前，人们并没有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。科学家对于生物学的研究也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的依赖于他们卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，进行着人工发明。他们很少有意识地向生物界学习。但是，以下几个事实可以说明：人们在技术上遇到的某些难题，生物界早在千百万年前就曾出现，而且在进化过程中就已解决了，然而人类却没有从生物界得到应有的启示。
在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。当工程技术人员在设计原始的潜艇时，是先用石块或铅块装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面，就将携带的石块或铅块扔掉，使艇身回到水面来。以后经过改进，在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设放气阀，下面设注水阀，当水舱灌满海水时，艇身重量增加使它可潜入水中。需要紧急下潜时，还有速潜水舱，待艇身潜入水中后，再把速潜水舱内的海水排出。如果一部分压载水舱充水，另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态。潜艇要起浮时，将压缩空气通入水舱排出海水，艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮。
如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮。但是后来发现鱼类的沉浮系统比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中气体含量，促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统，对于潜艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。
声音是人们生活中不可缺少的要素。通过语言，人们交流思想和感情，优美的音乐使人们获得艺术的享受，工程技术人员还把声学系统应用在工业生产和军事技术中，成为颇为重要的信息之一。自从潜水艇问世以来，随之而来的就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防偷袭；而潜艇沉入水中后，也须准确测定敌船方位和距离以利攻击。因此，在第一次世界大战期间，在海洋上，水面与水中敌对双方的斗争采用了各种手段。海军工程师们也利用声学系统作为一个重要的侦察手段。首先采用的是水听器，也称噪声测向仪，通过听测敌舰航行中所发出的噪声来发现敌舰。只要周围水域中有敌舰在航行，机器与螺旋桨推进器便发出噪声，通过水听器就能听到，能及时发现敌人。但那时的水听器很不完善，一般只能收到本身舰只的噪声，要侦听敌舰，必须减慢舰只航行速度甚至完全停止航行才能分辨潜艇的噪音，这样很不利于战斗行动。不久，法国科学家郎之万（1872～1946年）研究成功利用超声波反射的性质来探测水下舰艇。用一个超声波发生器，向水中发出超声波后，如果遇到目标便反射回来，由接收器收到。根据接收回波的时间间隔和方位，便可测出目标的方位和距离，这就是所谓的声纳系统。人造声纳系统的发明及在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果，曾使人们为之惊叹不已。岂不知远在地球上出现人类之前，蝙蝠、海豚早已对“回声定位”声纳系统应用自如了。
生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中，它们利用声音寻食，逃避敌害和求偶繁殖。因此，声音是生物赖以生存的一种重要信息。
意大利人斯帕兰赞尼很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是堵塞蝙蝠的双耳后，它们在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，斯帕兰赞尼提出了一个使人们难以接受的结论：
蝙蝠能用耳朵“看东西”。第一次世界大战结束后，1920年哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技术是难以相信的。直到1983年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。
另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践，终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进，30年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在3亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就可以避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！
以上这三个事例发人深省，也使人们受到了很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，在它们为生存而斗争的长期进化中，获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明，生物在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具备了适应内外环境变化的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等，显示出许多机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性实在令人惊叹不已。
仿生学与“宝马”
仿生学的研究方法和概念对汽车产品的提升和发展同样潜力巨大，这正是宝马专家在汽车设计和材料选择中应用仿生学的原因所在。
多年来，宝马一直在车身设计领域应用仿生学概念和原理，保证精巧的设计工艺技术和正确的选材。因为没有一种材料或一种组织结构是完美的，可以适用任何车型，所以我们的工作就是要找到最适合这款车的材料和设计。只有量体裁衣的解决方案加上可靠的工艺科技才能打造出一个高精度的车身，重量轻但结构坚固。因此，设计组织结构及原材料的智能轻质工艺，就成为生产安全舒适、动力强劲且燃油经济汽车的关键。
宝马集团董事BurkhardGoschel博士指出：“仿生学概念是对传统生产方式的丰富和补充。原材料和零部件可以通过与生物进化类似的原理得到改进提高。在我们身边有太多这样的例子：在追求轻量构架的过程中，我们发现重量轻也就意味着充沛的动力和更经济的油耗。于是，当代宝马5系和新3系在提高舒适性和安全性的基础上，车身重量较前一代却没有增长。实际上，当代宝马5系的车重反而减少了40多公斤。”
然而，仿生学不是简单地直接复制自然界，而是要学习自然界，从中得出自己的结论。于是，工程师与生物学家之间跨领域的对话就成为成功并有效应用仿生学的关键因素。
没有包治百病的万能药——这就是为什么专家们要对每一个部件和每一个项目中检测、开发适合的材料，分步骤层层推进。宝马专家尤其注重寻求减少质量、节省能源，同时在构造和功能上又有优势的资源。因为选择了适合的原料，车辆的动力性、灵敏性和节油性就能得到改善，使消费者直接、快速受益。生态科学就是这样服务于材料学，提供有意又有益的概念。
找到最佳选择——轻质原料，“少既是多”
从汽车诞生之日起，钢因为处理工序简单，和在重复利用过程中几乎无质量损失的优点成为首选金属。特殊钢合金可以提供前所未有的强度和硬度，还具有卓越的抗老化性。但是，许多情况下，高密度的钢也就意味着相对高的重量。
自然中空结构——在自然界，我们发现很多高度复杂的中空结构，重量保持最轻，却有出色的韧性和强度，这些正是汽车生产需要的特性。于是，鸟类的羽毛骨质，螃蟹、蜘蛛等的壳就成为我们研究自然界的原型。
尖端工艺科技——内部高压造型技术由此诞生，主要应用在汽车底盘和悬挂的设计中，比如后轴。将金属管置于模具中，高压状态下将液压液体或气体注入金属管两端，使金属在2400巴的高压下形成模具的形状。此技术保证了零件精准的尺寸和形状，在充分利用空间、赢得更多轴力度和硬度的同时，减轻了重量。至今为止，宝马是惟一一个可以生产结构如此复杂且内部成型零件的汽车生产商。
铝是进一步减轻重量的最佳候选。它密度小，所以相对轻，易塑型、成型，抗腐蚀，并且导热系数高。因此，铝应用在许多底盘部件、车身还有动力传动系统的生产上。之所以没能在全球推广应用，是因为铝材提炼耗能大，并且处理工艺精细、昂贵。
仿制轻骨架组织——发泡金属
BMW研发与创新中心内的工程师们正在进一步研究和开发铝的应用。泡孔组织结构的零部件，其强度／密度比极佳。向铝模具内充气或把将要发生化学反应的小颗粒注入铝模具，形成发泡铝的多孔组织。因为在吸收能量，缓冲震动和噪音方面的品质，发泡金属在汽车生产中有积极的前景。为此，宝马轻质技术专家开始关注哺乳动物和鸟类的骨骼结构。发泡材料出色的能量吸收性能在自然中发挥最突出的例子是猫头鹰，另一个就是大象的头部。虽然象头只有几公斤，却能轻松移动几百公斤的重量。
镁是又一种非常有发展前景的轻质材料。原则上讲，镁比铝轻33％，比钢轻77％。宝马已经开始镁的研究和开发，重新定义其在汽车生产中的位置。宝马专家最近正在应用一种特殊合金和先进的工艺技术为公司一款6缸车型生产镁／铝曲轴箱。仅这一材料组合，就节省约10公斤重量。而镁铝组合模式的原理正是来源于海葵和水母。
总重量／高负重组织结构——以马为鉴的轻质技术。
目前，宝马集团的金属专家们正在研究动物世界中经过数亿年繁衍优化形成的自然轻质组织。车身结构，就象哺乳动物的骨骼，支撑着体内的其他部分。对于宝马3系，车身重量约占整车的20％，而人的骨骼占人体重的18％。再以马为例，马的骨骼与其总体重之比达到完美的7～10％，平衡的秘密就在于马骨骼的结构和密度。
聚合物——轻质结构，舒适的手感，卓越的安全性转到塑料领域，同样可以发现自然科学在处理工艺中的运用。以当代宝马3系为例，其仪表板选材的标准就是要找到这样一种材料，它要能够吸收能量，符合人体工程学要求，同时造价经济。
于是，BMW研发与创新中心的工程师们从自然界中受到启发，开发了一种崭新的工艺技术——整体注塑发泡。
