仿生粘着的机理及应用研究

正作为自然界中对粘着和摩擦具有出色控制能力的代表,壁虎具有在墙壁和天花板行走自如的卓越的攀爬能力。基于这种粘着机理的仿生功能表面、爬壁机器人在反恐、搜救、侦查、太空定位、抓持、清洁等国家安全、工业技术、日常生活等领域具有深远的应用前景。研究其粘/脱附机理和仿生表面设计理论,对开发新一代干粘着功能表面及器件具有重要理论指导意义和实用价值。本文从剥离区域影响剥离性能及各向异性性能关     

仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。     

仿生耐磨设计的研究现状及展望

介绍了提高仿生耐磨的润滑、表面几何形态、材质和结构等几种主要因素,从功能方面介绍了仿生金属材料、仿生陶瓷材料和仿生复合材料,阐述了仿生耐磨技术的概念以及目前国内外仿生耐磨技术的研究进展.此外,介绍了仿生耐磨技术在工农业方面的一些应用,指出了当前仿生耐磨的一些关键科学问题,并对今后的研究进行了展望.     

新型八足步行仿生机器人的研制

设计了一种新型的八足步行仿生机器人的机械结构,并建立腿部运动学方程。基于虚拟样机技术对该仿生机器人进行了腿部机构优化设计以及机器人爬坡能力、通过非平整路面能力、转弯步态规划等功能仿真分析。仿真结果表明,该仿生机器人机构具有控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、转弯半径小等特点。最后研制出了该机器人小型实物样机,通过实物样机测试验证了其诸多优良性能。     

仿生制造的生物成形方法

生物制造与仿生制造是机械领域与生物领域交叉产生的新领域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法,已提出生物去除加工、生物约束成形、生物生长成形、生物连接成形、生物复制成形、生物自组织成形等加工成形方法。仿生制造是模拟生物形体与功能的结构制造,包括仿生材料结构、仿生表面结构、仿生运动结构等结构制造。仿生制造的结构往往比较复杂,利用增材快速原型和传统机械制造方法效率通常较低,利用生物方式制造方法往往更加简便和快捷。阐明生物成形方法在仿生微纳复杂形体、结构、功能界面制造上的优势,表明生物成形技术在节能、环保、微纳等领域具有广阔的应用前景。     

浅谈仿生技术在机电产品设计中的应用

仿生设计正是一种创新型的设计理念,通过回归自然的方式,进行产品仿生创新设计,这对追求个性化的现代社会具有重要意义。在工业化社会中,机电产品作为必不可少的元件、设备,将仿生技术应用于机电产品设计活动具有必要性和可行性。对此下文通过对仿生技术以及机电产品设计行业的发展现状入手,分析仿生技术在机电产品设计中应用的重要意义,展开仿生技术的应用途径分析,旨在能够为机电产品设计提供新的活力。     

滑动表面仿生微结构的摩擦学效应

主要阐述在3种不同摩擦条件下(干摩擦、油润滑、水润滑),仿生表面微结构的形状、尺寸和分布密度对滑动表面摩擦学效应的影响.在干摩擦条件下,滑动表面仿生微结构能够将磨屑存储起来,排除了磨屑在滑动表面上的聚集,改善了摩擦学性能.而在油和水润滑条件下,仿生微结构能产生液体动压润滑薄膜和微型动压润滑室,导致承载能力增强和摩擦因数降低.因此,仿生表面微结构能显著地降低摩擦因数,提高滑动表面抗磨损的能力.     

镁合金覆盖件功能表面的仿生设计及关键技术

正项目负责人:刘燕(E-mail:lyyw@jlu.edu.cn)依托单位:吉林大学项目批准号:509050711.项目简介镁合金作为最轻的金属结构材料,具有优异的特性,在航空航天、汽车工业和电子通讯等领域已经得到广泛应用。但其表面面耐蚀性差是制约其应用的主要原因。本项目运用仿生学原理,选用AZ91D镁合金作为基体,构筑形态、结构、材料多因素协同作用的复合表面,以提高镁合金表面自清洁性,进而改善镁合金表面耐蚀等性能,通过化学刻蚀法、模板法等制备具有自清洁性、耐腐蚀、耐磨性能的仿生功能表面。探讨仿生表面材料、形态、结构等因素对性能的影响机理,系统总结     

多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析

设计了一种新型的多足仿生步行机器人的机械结构,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其运动学方程,并以最大越障能力为目标函数以连杆长度为约束函数对腿部机构进行优化,得出最佳多足仿生步行机器人的机械结构。基于虚拟样机技术对该多足仿生步行机器人进行爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。仿真结果表明该多足仿生步行机器人机构具有自由度少、控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、地形适应性强、转弯稳定性好等特点。     

机器人可控磁浮仿生膝关节的研究

以人体膝关节为研究对象,基于功能仿生及磁浮技术的特点,提出了一种具有无摩擦、抗冲击等特性的可控磁浮仿生膝关节结构模型。论述了磁浮仿生膝关节控制系统的组成,以及工作原理。通过对仿生膝关节闭合磁路部分的分析,计算和推导了所产生磁场的磁感应强度和合磁浮力的近似数学表达式。     

镍铝青铜合金仿生表面的砂带磨削及其降噪特性

针对镍铝青铜合金材料难以加工出仿生沟槽表面从而提高其降噪性能的问题，利用金字塔砂带和空心球砂带在镍铝青铜合金材料表面上磨削出仿生沟槽，并搭建配套试验平台来对镍铝青铜合金材料表面进行仿生沟槽结构的磨削加工。提取了磨削表面的特征，据此进行流体噪声计算，对比分析了金字塔砂带磨削出的仿生表面和空心球砂带磨削出的仿生沟槽表面的噪声性能，结果显示：金字塔砂带磨削出的规则仿生沟槽表面声学能量等级的平均值为18.07 dB，空心球砂带磨削出的不规则仿生沟槽表面声学能量等级的平均值为37.6 dB。试验中，两种砂带磨削加工后的镍铝青铜合金表面均具有仿生沟槽结构，且金字塔砂带磨削出的规则仿生沟槽表面具有更好的水下降噪性能。     

多足机器人的设计与仿真分析

运动的平稳性和爬坡能力是多足机器人的重要性能指标,利用虚拟样机技术做运动学仿真分析来验证该装置的合理性,并对其做步态规划和运动学分析。基于仿真模型,分别对多足仿生机器人的行走能力、爬坡能力和越障能力进行仿真分析。通过对仿真结果的分析得出该多足仿生机器人具有跨距大、幅度高和速度波动小等特点,具备25°以下的爬坡能力和良好的地形适应性。从而验证了此种多足仿生机器人设计的合理性和可靠性。     

钛合金的表面强化技术

钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高及良好的生物相容性等优点,被广泛应用于航空航天,船舶制造,生物医学等领域,但其硬度低,粘着磨损敏感,表面耐疲劳和耐磨损性能差等缺点使其应用受到限制。本文综合评述了表面强化技术在钛合金中的应用现状、存在的问题及研究进展。     

全氟羧酸自组装分子润滑膜的纳米摩擦学性能的研究

采用气相沉积的方法在铝表面制备了不同碳链长度的全氟羧酸自组装膜。考察了全氟羧酸自组装膜的接触角、膜厚、粘着和微摩擦等表面性质。对相对湿度和温度等环境因素对全氟羧酸自组装膜的纳米摩擦学性能的影响进行了研究。探讨了在环境因素影响下的减摩抗粘着机制。结果表明:自组装膜具有显著的抗粘着效果;随着相对湿度的增加,针尖与样品的粘着力增加,随着温度的增加,针尖与样品粘着力降低,并趋于稳定值;全氟羧酸自组装单层膜能显著降低表面的摩擦力,起到良好的减摩效果,且随烷基链越长,减摩效果越好。     

精准医疗器械生/机接触界面功能化机制研究

随着生活水平的日益提高,人民对医疗健康关注和需求逐渐增大,精准医疗已成为全球关注热点.精准医疗器械仪器形式多样,包括微创手术器械、可穿戴传感等,几乎都会与人体组织、细胞和生理液等接触形成复杂的生/机接触界面.由于医疗器械种类、应用环境、接触模式等变化大,生/机接触表界面功能需求呈现多样化趋势,例如电刀/电凝钩的防粘、可穿戴传感界面的防湿滑等.针对不同生/机界面最常见湿表面防滑增摩和高温下防粘功能需求,本研究选取自然界湿环境生物树蛙(强湿爬附)和猪笼草(口缘超湿润滑),提取其优势功能表面的材质特性和微纳结构特征,揭示表面结构材质耦合作用的界面液膜调控规律,建立强湿摩擦和超湿润滑机制.结合自组装、微结构转印腐蚀等微纳结构制备工艺,完成仿生强湿摩擦表面和超湿润滑表面的设计与制备.最终,将仿生表面应用于精准医疗器械,仿生可穿戴传感器的湿防滑效果提升约5倍和仿生手术电刀的组织粘附量降低约55％,完成了仿生精准医疗器械可行性验证.     

振动辅助铣削加工仿生表面研究

为探究沿进给方向施加振动辅助铣削加工仿生表面形貌的可行性,通过数学计算获得了刀具与工件分离的条件。设计了仿真分析方案,将振动辅助铣削MATLAB仿真刀尖轨迹与实验加工表面以及典型生物表面形貌进行了对比分析。分析结果表明,振动辅助铣削表面形貌和典型生物表面形貌具有相似性,证明了振动辅助铣削加工技术在仿生表面加工领域应用的可行性。     

仿生微纳结构粘附机理及其面向智能拾取的粘附传感一体化设计

<正>末端膨大的"蘑菇形"微纳仿生结构,因其突出的粘附性能成为设计高强度仿生粘附功能表面的首选方案,已在搬运机械手、攀爬机器人、太空操作等诸多领域展现出广阔的应用前景。如何实现微纳仿生粘附结构的批量化制造、增强粘附材料的表面适应性、感知界面的粘附状态是制约仿生粘附结构工程应用的关键难题。文章以"蘑菇形"微纳仿生粘附结构的规模化制造技术开发为基础,围绕仿生粘附机理及其增强机制,粘附传感一体化设计等内容开展了深入的研究工作,为智能拾取     

超音速激光沉积镀铜CNTs/Cu复合涂层微观结构及耐磨损性能

采用超音速激光沉积技术(Supersonic laser deposition, SLD)在Cu基体上制备CNTs/Cu复合涂层以提高其耐磨损性能，利用化学镀对CNTs表面进行了表面镀铜处理，在CNTs表面获得了均匀分布的纳米Cu颗粒镀层。对复合涂层的截面形貌、微观结构、磨损性能及机制等进行了分析，结果表明，由于在冷喷涂(CS)过程中同步引入了激光辐照对Cu粘结相进行加热软化，SLD制备的CNTs/Cu复合涂层具有较高的沉积效率和致密性。得益于表面铜镀层的缓冲作用，CNTs在沉积过程中保持了其结构的完整性，在复合涂层中均匀分布且与Cu粘结相结合良好。表面镀铜CNTs的添加使复合涂层具有较低的摩擦因数、磨痕宽度和深度，呈现出较好的耐磨损性能。纯铜涂层的磨损机制为粘着磨损，而CNTs/Cu复合涂层则呈现出粘着磨损与磨粒磨损共存的机制。     

仿真人体模型中的仿生技术

仿真人体模型也称假人，是研究人-机-环境系统相互关系的重要桥梁和工具，其发展是仿生技术不断发展的体现。以高速运载工具仿真人体模型、辐照仿真人体模型和医学训练仿真人体模型为例，对我国仿真人体模型中的仿生技术的应用从几何形体仿生、材料仿生、结构功能仿生、物质能量传递仿生和生物信息传感仿生五个方面进行了分析与总结。仿生技术是一门综合学科，必须加强各学科之间的合作，才能促进我国仿真人体模型的更进一步发展。随着仿生技术的发展，未来我国的仿真人体模型将朝着更高的仿生性、多用化和智能化等方向发展。     

大连理工大学研制出新型超疏水表面

正大连理工大学机械工程学院研制出疏水性能优异的材料表面,它由大尺度曲面组成,形式简单、易于制备、造价低廉,可用于制造防积冰材料,具有自清洁、抗菌等功能。该研究受玉莲花表面凸凹结构的生物启发,设计与制备出仿生超疏水波浪形结构表面,揭示了结构弧度对液滴微观动量传递的影响规律,发展和完善了液滴非对