基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

基于旋转基线的仿生学测向研究

基于奥米亚棕蝇耦合处理机制研究了一种新型测向方法,与常规两阵元模型不同的是生物两耳间存在不可忽略的耦合响应,将生物的耦合效应量化成增加有效基线长度的度量。在前人建立的简化力学模型的基础上,研究其物理本质和动力学特性,分析时域响应和频域响应,研究了高斯噪声对响应的影响。与基线旋转相结合初步完成了对信号源的测向要求。研究表明,利用生物的耦合效应增加了基线长度,为超短基线高精度测向提供了理论依据。     

从肌肉的组织结构和生成机制探讨“人造肉”开发的仿生技术

开发人造肉可以有效缓解人们对肉类的需求压力,降低肉类生产对环境的不利影响,减少肉制品过多摄入引起的潜在健康危害以及满足人们对新型食品的追求,对倡导多元化健康的食品消费具有多重意义。如何开发质地逼真、营养丰富、安全卫生的人造肉产品,在人们对健康食品诉求迫切的当今社会既是机遇又是挑战。本文以肉是一种复杂生物材料的视角,从肌肉的多组分、多层次的结构组成和复杂的生长机制出发,引入仿生学概念,针对不同种类肉制品的质地结构和感官品质及可模仿性等方面,详细评价目前已应用的或有潜在应用的人造肉生产策略与技术,并对人造肉的产品开发和产业前景进行展望,旨在开发质地与结构更为逼真的高品质的仿肉制品,为进一步拓展健康肉类仿生食品提供参考。     

仿生雾水收集材料：从基础研究到性能提升策略

由于水资源污染、淡水资源日益匮乏，水危机已经严重影响到人们的日常生活。从晨雾中捕获水气则可以缓解干旱地区的缺水问题。受纳米布沙漠甲虫、仙人掌、蜘蛛丝等动植物自发捕集雾水的启发，构建特殊润湿性的仿生雾水收集材料备受关注。详细总结了仿生雾水收集材料的最新研究进展，讨论了仿生集水材料的设计和制备方法，并从雾水收集的四大仿生策略出发，介绍了提升雾水收集效率的设计方案。在此基础上，分析了当前仿生雾水收集过程存在的问题，展望了此类材料未来的发展趋势和方向。     

四足仿生机器人的循迹算法研究

为解决四足仿生机器人循迹问题,以Java语言中的Eclipse软件为编译环境,设计了改进的PID(proportion-integration-differentiation)循迹算法。与传统PID算法相比较,在对图像进行二值化处理的基础上,叠加了对机器人获取视野的首行末行、首列末列的双重检测,从而完善了对道路信息图像的识别与处理技术,使四足仿生机器人沿着既定轨迹精确前进。最后采用控制变量法进行多次实验,结果证明提出的算法是有效的,增强了机器人循迹的稳定性与鲁棒性。     

单自由度八杆仿生机构构型与尺度同步设计方法

单自由度八杆仿生机构杆长参数较多，是仿生机器人领域研究的难点之一。为提高设计效率，提出一种构型与尺度同步设计方法。在选定的运动链和机架的基础上，以不等式形式分步给出运动可行性及外形约束条件，使得上一步的杆长可作为下一步求解的已知值。通过该过程，在得到八杆仿生机构构型的同时，快速得到所有杆长的初步可行域。循环上述过程，逐步缩小约束条件的范围，可使得八杆机构的杆长快速接近目标值。在此基础上，分类讨论了连杆搭接顺序、约束条件及基本运动链的差异对求解难度及构型结果的影响。利用所提出的单自由度八杆仿生机构的设计方法，在对初始条件进行合理选取的前提下，可在初步得到构型的同时将杆长限定在较小范围内，实现了构型与尺度的同步设计。该方法还可应用于其他单自由度机构的设计当中，具有较好的借鉴意义。     

基质囊泡及其在骨矿化过程中的作用

基质囊泡(Matrix vesicles,MVs)是骨矿物初始形核生长的场所。骨矿化过程中,钙、磷酸根等离子经通道蛋白跨膜运输进入MVs内,当局部浓度达到一定值时,磷酸钙晶体开始沉积。磷酸钙的存在形态包括无定形磷酸钙、磷酸八钙及羟基磷灰石等。MVs可以调节细胞内外基质中的钙和磷酸根离子的稳态及无机磷酸盐/无机焦磷酸盐的比值,提供磷酸钙晶体成核位点,在骨矿化的初始启动过程中发挥重要作用。本文概述了MVs的生物来源、分子组分、提取方法,MVs介导的骨矿化过程,以及近年来利用囊泡作为体外矿化模型模拟MVs矿化过程的研究进展。     

一种仿生散热技术在无线通信模块上的应用

通过对无线通信模块散热能力的分析,介绍一种仿生原理及其在4G通信产品上的实际应用效果,指出了应用中存在的问题,并对后续通信散热技术发展进行了初步的展望。     

仿克氏原螯虾螯部几何结构粘附力测试研究

根据触土部件作用土壤的受粘附力情况,证实仿生几何结构表面具有降低阻力的效果。对比了具有三种不同尺寸的凸包几何结构的表面和无仿生几何结构的表面,在脱附土壤过程中粘附力变化的情况,试验结果证明具有中凸包的2号铲尖表面脱附土壤过程中受到的土壤粘附力最小。