工程仿生学

摘要： 目前国内外关于仿生皮肤模型的研究主要集中在模拟人体皮肤触力感知功能、皮肤紧密接触类物质特性测试用皮肤以及模拟出汗的单层皮肤等方面,现有的研究无法真实模拟人体皮肤出汗与温度调节的功能。针对这一问题,提出了具有热源层、汗源层及表皮层的三层仿生皮肤,研究了仿生皮肤的温度及出汗控制系统。采用模糊PID控制方法实现了皮肤内核的温度控制,通过表皮温度反馈及汗源、微量柱塞泵等组成的出汗微循环系统,控制仿生皮肤出小汗、出大汗,通过汗液蒸发降温实现了表皮温度的调节。进行了内核温度控制及表皮温度调节实验,结果表明:内核温度被控制在(36.8±0.1)°C,表皮温度自稳定在(33.5±0.3)°C,仿生皮肤能够出汗将升高的表皮温度调节回(33.5±0.3)°C。研究的仿生皮肤可应用于纺织品的红外管理特性测试,模拟皮肤、纺织品及外界环境形成的微循环系统。

摘要： 猫科动物运动时表现出极强的减振特性,爪垫作为与地面接触的唯一躯体部分是影响减振效果的关键因素。通过对家猫爪垫的组织学和接地力学试验研究表明,爪垫的减振机理主要体现在:爪垫组织结构呈现的多层特征有助于衰减接地应力;正常行走步态下爪垫力学特性表征出的爪垫-地接触中存在摆动变形的运动特征有利于缓冲储能的发挥。利用家猫爪垫的减振机理对PCR轮胎中间区域胎面的花纹沟壁结构进行仿生设计,采用仿蜂巢六边形凹坑非对称布局的花纹结构设计来实现家猫爪垫减振机理的仿生学应用。通过有限元仿真分析发现,当轮胎滚动时,所设计的仿生胎面花纹有效降低了轮胎接地压力偏度值和胎面-路面间径向激励力,改善了轮胎胎面磨损和振动噪声特性。

摘要： 蜂窝结构由于具有优异的可设计性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能等特性,在车辆碰撞、卫星着陆、军事装备等吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力。以普通内凹蜂窝结构为基础,运用结构仿生学原理进行了仿生优化设计,建立了内凹蜂窝结构和仿花生壳结构的三维负泊松比承载结构,并利用有限元分析软件LS-DYNA进行数值仿真分析。同时以NiTi形状记忆合金这种有独特的形状恢复行为、低刚度、高强度、超弹性的材料为基材,运用选区激光融化技术制备了两种仿生结构样件,并对样件进行了准静态压缩试验。通过对比试验测试结果与数值仿真结果得出,两种结构在吸能减震方面均有着较好的应用前景。其中,3D仿花生壳承载结构有着更好的吸能承载特性。两种结构在5次13%的循环压缩试验后,经过水浴加热后均可达到99%以上的形状恢复效率,为未来具有自恢复功能的缓冲结构的设计提供了参考。

摘要： 为了给具有优异攀爬性能的仿生四足机器人提供仿生蓝本,以岩羊为研究对象,利用内嵌压力板的可变坡度斜坡通道,测试其四肢垂直地反力在不同坡度上的变化规律. 结果表明,岩羊在平地上行走时,前后肢左右两侧的垂直地反力峰值和垂直冲量完全对称,前肢对称指数分别为99.16％、99.62％,后肢对称指数分别为98.65％、99.42％. 随着坡度的增加,岩羊调整四肢的垂直地反力分布以防止跛行,导致左右蹄的对称性指数出现波动. 当岩羊在平地行走时,前肢比后肢承受更多的垂直地反力,后肢承受的垂直地反力随着坡度的增加逐渐增多.岩羊肢体左右侧的差异性指数随坡度的变化具有相似性,当坡度为0～35°时,岩羊肢体左右侧差异性指数的均值分别为1.298、1.3057、1.1744、1.22375、1.0175、0.8905、0.7778、0.7535.

摘要： 借鉴猫科动物脚掌肉垫具有负泊松比结构的缓冲吸能特性,运用结构仿生学原理设计了仿生防护自恢复结构.利用NiTi形状记忆合金超弹性特性和负泊松比结构优异的力学性能,建立了简化的仿生防护自恢复模型,利用LS-DYNA对该模型进行了动态压缩特性和恢复特性模拟分析.同时,利用NiTi形状记忆合金材料制备仿生结构样件,并进行了动态压缩试验测试.结果 表明:仿生结构样件在1200 N压力范围内,可实现受压变形后自激恢复的特性;NiTi合金仿生防护结构在压缩载荷的作用下具有优异的变形吸能和自恢复回弹特性;仿真分析结果与试验结果较为符合,较准确地模拟了样件在动态压过程中的变形特性及承载特性.本文研究成果实现了压力载荷作用下仿生防护结构的自动回弹恢复功能,对提高防护装甲的抗冲击、自恢复特性提供了参考.

摘要： 为研究洄游鱼类河鲀的减阻机理,构建了河鲀背部曲面的几何模型和数学模型及其转换关系.利用三维扫描和NURBS曲面建模技术,获得河鲀的整体几何模型.构造出河鲀背部纵向中间面的轮廓曲线及其曲率拐点,截取相应的横向轮廓线进行曲率半径拐点分析,依此将河鲀背部曲面划分成主区和侧区两部分.经曲面拟合、建模、合并和光顺等操作,获得精确的河鲀背部曲面的数学和几何模型,主、侧区曲面评估判定系数R2分别为0.985和0.843.结果 表明:特征化分区显著提高了河鲀背部曲面的数学建模精度,且点云数据asc文件简化了曲面拟合流程.

摘要： 基于新月鱼尾推进相关理论,设计了一种新型的符合身体/尾鳍推进模式的仿生多连杆鱼骨.通过对新月鱼尾推进相关理论的分析,确定了影响鱼体推进的主要设计参数,即躯椎摆角、尾椎摆角及尾鳍摆角.以金枪鱼中体型较小的鲣鱼作为仿生原型,通过逆向工程技术,对其体厚方向轮廓进行曲线拟合并得到其拟合函数.将拟合函数作为鱼骨结构设计边界条件,结合设计参数,通过逆运动学原理设计了躯椎、尾椎、尾鳍、躯椎驱动、尾椎驱动、尾鳍驱动6部分连杆系统.利用仿真软件ADAMS对该机构可行性进行仿真试验,并进行了实物样机试验.试验结果表明:该多连杆鱼骨结构可以实现仿生鱼推进.

摘要： 以毛蚶贝壳为研究对象,采用力学试验机对鲜体、浸泡体和干体不同含水状态下的毛蚶贝壳进行了曲面承压试验.通过贝壳承压力学试验数据和贝壳裂痕特征及微观结构进行毛蚶贝壳曲面的整体承压特性和破坏规律分析.结果 表明,毛蚶贝壳在鲜体状态时曲面承压性能最好,浸泡体由于有机质流失其曲面承压性能下降,干体状态时曲面承压性能最差,且3种状态下贝壳的裂纹扩展和裂痕变化不同.本研究可为贝壳曲面力学性能研究和仿生应用研究提供重要的参考价值.

摘要： 综述了现有火星着陆点火壤的物理力学参数和岩石大小及分布,介绍了着陆试验的过程、方法和所用模拟火壤,其中包括海盗号着陆器着陆试验数据分析和着陆试验场表面形貌.最后,汇总现有着陆点火星壤的物理力学参数和海盗号着陆试验用壤的参数,给出了我国着陆试验用模拟火壤的建议值及范围.

摘要： 通过分析具有超强越沙能力的鸵鸟足趾特殊结构，研究了鸵鸟足趾结构与适合沙地行走能力之间的关系。采用高速摄像设备采集了成年公鸵鸟在沙地上的奔跑过程，运用TEMA 软件分析了鸵鸟快速奔跑时鸵鸟后肢足部的运动机理，探索了鸵鸟快速奔跑时腿足的运动方式。结果表明，当鸵鸟快速奔跑时，在鸵鸟足后蹬离沙瞬间，足趾（足掌）会有明显的回弹现象。该动作发生在鸵鸟足离开沙面后前跨时刻，这一特性非常有利于减少阻力，提高速度和推进跨步。从工程仿生学角度出发，根据鸵鸟在沙地上高速奔跑的运动机理，充分利用鸵鸟超强越沙能力的有效因素，对于沙地农田行走机械的行走部设计和改进具有重要的理论和现实意义。

摘要： 当前，炼铁原料工序承载着钢铁企业降本增效、资源与能源的高效合理利用和环境保护等方面的艰巨任务，借用工程仿生学的分析方法,通过对雁行理论与厚料层烧结优化技术两者进行比较,将宝钢烧结比拟为大雁迁徙的领头雁,说明宝钢烧结技术的发展在中国该领域具有举足轻重的地位.用宝钢各期烧结机演变的详实数据,揭示了宝钢在转化厚料层烧结优化技术的同时,未能抓住机遇打造核心竞争力,错失了引领中国烧结技术沿着集约发展方向前行.为了重整厚料层烧结优化技术,必须破除固有观念,开展在理论创新方面引入经济学的生产函数概念,在技术创新方面引入熊彼特的技术创新解释,在制度创新方面加强行业宏观调控的制度保障能力和管理水平.

摘要： 发射信号波形是决定声纳系统性能的关键因素之一.在恶劣捕食环境中,回声定位动物使用谐波形式发声信号能够实现目标捕获,这对人工声纳系统的发射信号波形设计具有借鉴意义.本文首先以模糊度函数为工具对谐波信号进行了理论分析,表明谐波信号模糊函数可近似表达为各自模糊函数的和。数值计算并分析了双曲、对数和指数调频的仿生谐波信号及其混响背景下的相关处理输出.结果表明,三种非线性调频方式的多谐波仿生信号均具有分辨率高、混响背景下输出增益高的特点.本文工作初步验证了仿生多谐波信号的抗混响能力.

摘要： 发射信号波形是决定声纳系统性能的关键因素之一.在恶劣捕食环境中,回声定位动物使用谐波形式发声信号能够实现目标捕获,这对人工声纳系统的发射信号波形设计具有借鉴意义.本文首先以模糊度函数为工具对谐波信号进行了理论分析,表明谐波信号模糊函数可近似表达为各自模糊函数的和。数值计算并分析了双曲、对数和指数调频的仿生谐波信号及其混响背景下的相关处理输出.结果表明,三种非线性调频方式的多谐波仿生信号均具有分辨率高、混响背景下输出增益高的特点.本文工作初步验证了仿生多谐波信号的抗混响能力.

摘要： 发射信号波形是决定声纳系统性能的关键因素之一.在恶劣捕食环境中,回声定位动物使用谐波形式发声信号能够实现目标捕获,这对人工声纳系统的发射信号波形设计具有借鉴意义.本文首先以模糊度函数为工具对谐波信号进行了理论分析,表明谐波信号模糊函数可近似表达为各自模糊函数的和。数值计算并分析了双曲、对数和指数调频的仿生谐波信号及其混响背景下的相关处理输出.结果表明,三种非线性调频方式的多谐波仿生信号均具有分辨率高、混响背景下输出增益高的特点.本文工作初步验证了仿生多谐波信号的抗混响能力.

摘要： 发射信号波形是决定声纳系统性能的关键因素之一.在恶劣捕食环境中,回声定位动物使用谐波形式发声信号能够实现目标捕获,这对人工声纳系统的发射信号波形设计具有借鉴意义.本文首先以模糊度函数为工具对谐波信号进行了理论分析,表明谐波信号模糊函数可近似表达为各自模糊函数的和。数值计算并分析了双曲、对数和指数调频的仿生谐波信号及其混响背景下的相关处理输出.结果表明,三种非线性调频方式的多谐波仿生信号均具有分辨率高、混响背景下输出增益高的特点.本文工作初步验证了仿生多谐波信号的抗混响能力.

摘要： 鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一.针对海洋动物体表的非光滑减阻表面及减阻机理,科学家们已经从上个世纪30 年代就开始进行了深入的研究,发现鲨鱼皮表面是具有特殊结构的类似于条纹形状非光滑表面,并认为其几何形状是影响其减阻特性的最大因素.因此制造仿鲨鱼体表结构的具有减阻功能的非光滑表面在工业和国防领域都有很大的现实意义.文章首先提出了基于生物体表的生物约束成形方法,生物约束成形是一种新兴的生物加工方法,也是国际上的研究热点.文章分别讨论了机械加工和生物加工仿鲨鱼皮结构的非光滑表面的成形方法,并主要针对利用鲨鱼皮为生物模版的生物约束成形方法进行了介绍,即利用鲨鱼皮为生物模版,采用化学镀方法对其表面形貌进行复制.最后分析了在生物约束成形在仿生非光滑减阻表面制造方面的优势.

摘要： 鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一.针对海洋动物体表的非光滑减阻表面及减阻机理,科学家们已经从上个世纪30 年代就开始进行了深入的研究,发现鲨鱼皮表面是具有特殊结构的类似于条纹形状非光滑表面,并认为其几何形状是影响其减阻特性的最大因素.因此制造仿鲨鱼体表结构的具有减阻功能的非光滑表面在工业和国防领域都有很大的现实意义.文章首先提出了基于生物体表的生物约束成形方法,生物约束成形是一种新兴的生物加工方法,也是国际上的研究热点.文章分别讨论了机械加工和生物加工仿鲨鱼皮结构的非光滑表面的成形方法,并主要针对利用鲨鱼皮为生物模版的生物约束成形方法进行了介绍,即利用鲨鱼皮为生物模版,采用化学镀方法对其表面形貌进行复制.最后分析了在生物约束成形在仿生非光滑减阻表面制造方面的优势.

摘要： 鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一.针对海洋动物体表的非光滑减阻表面及减阻机理,科学家们已经从上个世纪30 年代就开始进行了深入的研究,发现鲨鱼皮表面是具有特殊结构的类似于条纹形状非光滑表面,并认为其几何形状是影响其减阻特性的最大因素.因此制造仿鲨鱼体表结构的具有减阻功能的非光滑表面在工业和国防领域都有很大的现实意义.文章首先提出了基于生物体表的生物约束成形方法,生物约束成形是一种新兴的生物加工方法,也是国际上的研究热点.文章分别讨论了机械加工和生物加工仿鲨鱼皮结构的非光滑表面的成形方法,并主要针对利用鲨鱼皮为生物模版的生物约束成形方法进行了介绍,即利用鲨鱼皮为生物模版,采用化学镀方法对其表面形貌进行复制.最后分析了在生物约束成形在仿生非光滑减阻表面制造方面的优势.

摘要： 鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一.针对海洋动物体表的非光滑减阻表面及减阻机理,科学家们已经从上个世纪30 年代就开始进行了深入的研究,发现鲨鱼皮表面是具有特殊结构的类似于条纹形状非光滑表面,并认为其几何形状是影响其减阻特性的最大因素.因此制造仿鲨鱼体表结构的具有减阻功能的非光滑表面在工业和国防领域都有很大的现实意义.文章首先提出了基于生物体表的生物约束成形方法,生物约束成形是一种新兴的生物加工方法,也是国际上的研究热点.文章分别讨论了机械加工和生物加工仿鲨鱼皮结构的非光滑表面的成形方法,并主要针对利用鲨鱼皮为生物模版的生物约束成形方法进行了介绍,即利用鲨鱼皮为生物模版,采用化学镀方法对其表面形貌进行复制.最后分析了在生物约束成形在仿生非光滑减阻表面制造方面的优势.

摘要： 本发明公开了一种基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗车，包括街道清洗主体、仿章鱼捕食收拢式拾取机构、预冷式树叶冷冻咀嚼机构、可持续吸水撵水一体式机构、水循环利用系统和多维螺旋搅拌式污水过滤结构。本发明属于基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗技术领域，具体是指一种基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗车；本发明基于复合材料原理，创造性地提出了仿章鱼捕食收拢式拾取机构，在对拾取罩旋转起来之后，利用弹性记忆合金拾取片仿照章鱼捕食的动作进行路面的清洁，即规避了部分路面凹陷对清洁的影响，又解决了街道中树叶比较多时，它无法自动进入被扫干净，并且阻力过大，严重影响工作效率的问题。

摘要： 本发明提供了基于仿生学原理的水利工程河道清淤船用移动辅助装置，包括水平设置在清淤船两端的固定板、设置在固定板下端面的铰接座、与铰接座连接并用于使清淤船提升和平移的第一驱动机构、设置在固定板上端并用于调节第一驱动机构工作高度的第二驱动机构，第二驱动机构包括与第一驱动机构连接的连杆机构以及驱动连杆机构运动的动力机构，动力机构固定设置在清淤船的两端；清淤船的两端均设置有第一驱动机构和第二驱动机构。本发明提供的基于仿生学原理的水利工程河道清淤船用移动辅助装置，使清淤船在下水和上岸过程中便于移动，减少了清淤船在移动过程中受到的阻力。

摘要： 本申请公开了一种仿生学三相组织工程支架，包括多个支架层，支架层沿纵向叠加，所述支架层包括沿横向依次分布的骨支架、软骨支架和肌腱支架，相邻层的骨支架至少部分相互抵接，相邻层的软骨支架至少部分相互抵接，相邻层的肌腱支架至少部分相互抵接，其中至少两层支架层中的骨支架、软骨支架和肌腱支架的所占区域的位置和/或比例不同。上述方案通过控制各个支架层中的骨支架、软骨支架和肌腱支架所占区域的位置和/或比例，使得由各个支架层叠加得到的工程支架具有仿生特性，可以根据实际组织中骨支架、软骨支架以及肌腱支架的位置和/或比例进行构建，使其具有较为正常的组织型态，而非简单地平齐结构，更加符合人体生理结构。

摘要： 本发明公开了一种基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗车，包括街道清洗主体、仿章鱼捕食收拢式拾取机构、预冷式树叶冷冻咀嚼机构、可持续吸水撵水一体式机构、水循环利用系统和多维螺旋搅拌式污水过滤结构。本发明属于基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗技术领域，具体是指一种基于仿生学原理的市政工程用喷灌街道清洗车；本发明基于复合材料原理，创造性地提出了仿章鱼捕食收拢式拾取机构，在对拾取罩旋转起来之后，利用弹性记忆合金拾取片仿照章鱼捕食的动作进行路面的清洁，即规避了部分路面凹陷对清洁的影响，又解决了街道中树叶比较多时，它无法自动进入被扫干净，并且阻力过大，严重影响工作效率的问题。

摘要： 本申请公开了一种仿生学三相组织工程支架，包括多个支架层，支架层沿纵向叠加，所述支架层包括沿横向依次分布的骨支架、软骨支架和肌腱支架，相邻层的骨支架至少部分相互抵接，相邻层的软骨支架至少部分相互抵接，相邻层的肌腱支架至少部分相互抵接，其中至少两层支架层中的骨支架、软骨支架和肌腱支架的所占区域的位置和/或比例不同。上述方案通过控制各个支架层中的骨支架、软骨支架和肌腱支架所占区域的位置和/或比例，使得由各个支架层叠加得到的工程支架具有仿生特性，可以根据实际组织中骨支架、软骨支架以及肌腱支架的位置和/或比例进行构建，使其具有较为正常的组织型态，而非简单地平齐结构，更加符合人体生理结构。

摘要： 本发明提供了基于仿生学原理的水利工程河道清淤船用移动辅助装置，包括水平设置在清淤船两端的固定板、设置在固定板下端面的铰接座、与铰接座连接并用于使清淤船提升和平移的第一驱动机构、设置在固定板上端并用于调节第一驱动机构工作高度的第二驱动机构，第二驱动机构包括与第一驱动机构连接的连杆机构以及驱动连杆机构运动的动力机构，动力机构固定设置在清淤船的两端；清淤船的两端均设置有第一驱动机构和第二驱动机构。本发明提供的基于仿生学原理的水利工程河道清淤船用移动辅助装置，使清淤船在下水和上岸过程中便于移动，减少了清淤船在移动过程中受到的阻力。

摘要： 本发明涉及一种基于仿生学、大数据和基因工程技术实现气味远程传输的方法。采用气体分子的收集与净化处理；应用仿生学构建气味传感器阵列，完成气味的特征性识别，并将气体分子的化学信号转变为电信号；结合大数据与计算机编码技术，将转变后的电信号统计分类，建立一套电信号编码数据库；利用互联网传输和编码数据库，以电信号在终端计算机之间远程传输并解码的形式完成气味信号的特征性传输；通过气味发生装置，完成材料的精确配比以实现气味复现。完整的气味远程传输过程得以实现，为极具潜能的嗅觉领域的进一步开发提供了技术支持。

摘要： 本发明公开了一种基于仿生学的组织工程骨的制备方法，包括以下步骤：根据“仿生学”及“自主装”原理，首创性地采用“二次脱矿技术”制备出与天然骨结构和功能基本类似的异体骨来源的生物衍生支架材料作为支架，选用具有自发成骨现象的骨髓间充质干细胞(BMMSCs)作为种子细胞，采用低氧环境来模拟体内BMMSCs的生长微环境作为诱导因子，来制备出具有与天然骨组成、微结构及生物反应性相似的组织工程骨。该法制备出的组织工程块状骨，具有明显的成骨诱导性和血管化作用，可用于颌面部或骨科出现较大骨缺损的功能性骨重建修复。

摘要： 本实用新型公开了仿生学教学用仿生蛇，涉及仿生学教学设备技术领域，具体为仿生学教学用仿生蛇，包括仿生蛇头，所述仿生蛇头上表面的右侧设置有移动辅助板，所述移动辅助板的正面与背面均设置有移动马达。该仿生学教学用仿生蛇，使得人员在使用时可以启动移动马达，使移动管转动，移动管转动时通过其与地面之间的作用力与反作用力从而带动该仿生蛇的仿生蛇头、仿生蛇身和仿生蛇尾移动，进而在老师进行仿生学教学时为学生展示蛇的运动轨迹，增添学生的学习兴趣，且操作较为简易，便于老师在教学展示时使用，使用完毕后可以上下移动移动翻转管，将仿生蛇头、仿生蛇身和仿生蛇尾叠加在一起进行携带或存放即可。

摘要： 本实用新型涉及一种基于仿生学原理的军用仿生作战机器人，包括机体，机体具有可拆卸安装不同作战模块的机载平台，机体外侧安装有可实现机器人在爬行、飞行及轮式三种运动状态间切换的六只仿生行走腿，机体安装有中央处理模块，与中央处理模块连接的数据传输模块、定位模块、传感器模块及电机控制模块，电机控制模块与控制机器人动作的电机模块相连接；每只仿生行走腿包括可实现上下及前后摆动的支撑腿部，支撑腿部的下部安装有滚动轮，滚动轮的外侧安装有可转动的蹄型足，支撑腿部的中部安装飞行旋翼。本实用新型可适用于各种路面，不仅避免了能量的损失，更提升了通过性能，具有环境适应性强的特点，可应用到科考、排爆、抢险救灾、军事侦察等场所。