A Bio‐Inspired and Biomass‐Derived Healable Photochromic Material Induced by Hierarchical Structural Design

Utilization of bionics to develop stimuli responsive polymers that can heal damage with excellent restorability is particularly attractive for a sustainable society. Herein, inspired by chameleons, a hierarchical structural design strategy is proposed and illustrated to fabricate a healable photochromic material based on a self‐healable polymeric matrix and a finely dispersed photochromic spirooxazine. The self‐healable polymeric matrix is fabricated via the integration of multiple hydrogen bonds (H bonds) and covalent cross‐links into a biomass‐derived elastomer. The dynamic nature and soft characteristics enable the as‐prepared elastomer superior extensibility as well as self‐healing ability, while the covalent cross‐links can assist the reassociation of ruptured H bonds. The representative elastomer exhibits an extensibility of 2600% and toughness of 42.76 MJ m^?3. Furthermore, it shows good self‐healing ability with complete recovery of scratch as well as restoration against 1900% of elongation and 24.1 MJ m^?3 of toughness after healing at 60 °C for 24 h. This combination of moderate toughness, good self‐healing ability, and smart photochromic property in biomass‐derived materials should largely improve their applicability, reliability, and sustainability in various materials and devices.     

古今城市仿生思想

从城市仿生的角度，介绍了中国古代的一些仿生城市，把握建设会“呼吸”的绿色城市的宗旨，挖掘城市发展中较强的可塑性和巨大的发展潜力，从城市的“皮”、“骨”、“肉”、“器官”四个方面阐述了如何将城市的建设与仿生学结合起来，利用仿生思想创造绿色和谐城市。     

城市与建筑的象征意义仿生研究

象征意义仿生作为边缘的叛逆设计思潮,对现代建筑的发展起着重要的推动作用.运用比较方法,考察了东西方在城市规划和建筑领域中运用象征意义仿生的历史,阐述了象征意义仿生这种认识方法在城市规划与建筑中发展演变的过程,试图解读城市和建筑仿生所表达的象征意义,从而提炼出其对当前城市和建筑设计的借鉴意义.     

一种基于视网膜细胞排布的光电探测器

基于视网膜特有的细胞排布方式,并利用CMOS图像传感器工艺,设计并制造了一种仿视网膜的光电探测器.为降低像素尺寸因素引起的图像非均匀性,光电探测器采用7T对数像素结构.测试结果显示该光电探测器具有良好的成像效果.     

具有非对称褶皱结构的自生长软体机器人设计与运动特性

针对充气自生长软体机器人现有主动方向控制方案对功能与精度难以兼顾的问题,通过对软甲亚纲海洋底栖动物腹节结构的模仿,提出非对称褶皱结构主动转向方案。通过在控制腔室内外侧布置非对称的褶皱结构,使控制腔室在充压时内外侧形成非对称的展开效果,从而形成长度差并实现对囊体转向的高精度可逆主动控制。在此基础上,完成对自生长软体机器人样机的制造。建立囊体褶皱宽度、褶皱间距等设计参数与转向半径、角度等性能关系的数学模型,并通过数值仿真与样机试验加以验证。研究结果表明：所提出的转向方案能够在保障囊体运动能力的前提下,有效驱动囊体实现大角度高精度的可逆方向控制,并具有较高的设计自由度;所建立的数学模型能够较为精确地对囊体运动性能进行预测;所设计自生长软体机器人可应用于未来城市作战中狭窄非通视空间的侦查和引导打击。     

仿生通孔形活塞裙部耐磨性能研究

目的为了减少发动机活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。方法基于仿生非光滑理论,以蚯蚓体表形态为仿生原形,在LX-2V型发动机活塞裙部设计出以孔的直径、每行孔间距、孔沿圆周角度为参数的仿生通孔形结构。采用正交设计方案对不同参数的仿生通孔形活塞进行有限元热结构耦合分析。以裙部最大变形量、裙部变形范围、裙部对称中心线上点与一侧点的应力差值作为评价活塞裙部耐磨性的标准,优选出模拟分析中耐磨性能良好的三个仿生活塞,并与标准活塞同时进行发动机台架磨损试验。结果合理的仿生通孔形结构可以有效减少活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。相对于标准活塞,当仿生活塞孔的直径为5 mm、每行孔的间距为6.5 mm、孔沿圆周角度为16°时,其耐磨性最大提高49%。结论过小的裙部最大变形量、过大的裙部变形范围,均不利于活塞裙部与缸套之间油膜的形成与保持,从而使活塞裙部磨损加剧。结合活塞裙部粗糙度值分析可知,合理的仿生通孔形结构可以优化裙部表面所受摩擦力,是进一步降低活塞裙部所受磨损的重要原因。     

低雷达散射截面的微带仿生天线

针对微带天线辐射性能提高和雷达散射截面(RCS)减缩这一矛盾,文中将仿生学原理应用到微带天线结构设计中,并提出一种蝴蝶仿生结构的微带天线。该结构在贴片蝶形化的基础上,将蝴蝶在阳光下呈现的深色区域通过开槽方式除去。理论分析和仿真、实测结果表明,该方法设计的微带天线在辐射性能没有变化的同时,在4 GHz～8 GHz频率范围内单站RCS有了较大幅度的减缩,最大减缩量达到了23 dBsm。     

基于Imageware的河狸牙齿的逆向造型

在金属切削过程中,如何解决切削刀具的磨损及提高刀具使用寿命是长期困扰切削工作者的难题,而生物体通过生存的竞争在大自然中不断改进自身的形态和功能,其中的某些动物在长期的自然环境生活过程中,其牙齿、爪趾等部位经过亿万年的进化,逐步形成了优化的几何形状和优良的生物力学功能,使其在咬断、挖掘过程中能够获得最低的切削阻力及较高的...     

仿生学在机械密封技术中的应用和展望

综述了仿生学和生物非光滑表面理论在工程上的应用和研究进展,明确提出可将仿生非光滑表面理论和方法应用于机械密封的设计、研究和应用中,并进行了可行性分析.     

基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成模型及其应用

为利用TRIZ和仿生技术两类系统化创新方法来提高产品原理解的产生效率,提出一种基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成过程模型.整合了基于生物功能的创新原理,结合Matrix 2003冲突矩阵表,应用Matlab软件实现仿生模本寻找的可视化操作,并建立生物原型树形模型及产品仿生耦合模型.利用所提出的产品创新集成过程模型对风扇叶片进行创新设计,对改进前、后风扇叶片的性能进行了Fluent仿真分析.仿真结果表明:仿生创新风扇叶片在监测面和监测点处质量流率提高了6％,A级噪声值降低了7.8％.风扇叶片的创新设计验证了所建立的集成过程模型的可行性与有效性.