水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究

目的 为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法 结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果 通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论 该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。     

复合材料多尺度仿生方法的研究

复合材料仿生方法从仿生尺度上分为宏观、细观和微观仿生，从仿生对象上分为界面仿生和增强相形貌仿生，从研究手段上分为结构机理仿生、分子化学仿生和矿化工艺仿生。对当前复合材料仿生设计与制造方法进行了回顾与分类，并对各种方法的思想起源，适用范围与优缺点等进行了评述。     

动态仿生设计手法初探

确定动态仿生设计的概念和范畴,通过分析现有的动态仿生产品,归纳出动态仿生设计的三类主要手法,包括外形结构变化式手法、传神意象式手法和移植现代、后现代艺术手法,并总结出这些手法的特点和应用方式,以期为动态仿生设计的研究起到抛砖引玉的作用.     

仿生结构材料的研究进展

综述了贝壳珍珠层、蛛丝结构、毛竹外密内疏结构、骨骼哑铃型结构、植物的根部网状结构以及木材的年轮结构等天然生物材料的结构特征及其相应的仿生材料近年来的研究进展；展望了结构仿生材料的前景，认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究，并对已经解析的结构从不同的角度构筑模型，在实际应用中寻找模型和仿生材料设计的结合点，以推动仿生材料学的发展．     

胶原蛋白模板诱导片状纳米羟基磷灰石(HAP)的仿生合成

依据生物矿化作用原理，在动态条件下，通过仿生合成的方法，合成了具片状结晶的纳米羟基磷灰石（HAP）；采用TEM，XRD，FTIR等手段对合成样品进行了形貌与结构表征；基于胶原蛋白的三级结构，动态合成条件，HAP结晶习性和表面活性剂功能对模板诱导仿生合成机理进行了分析；这一结果为具有生物相容性的优异力学性能的HAP生物功能材料的合成开创一条新的途径。     

仿生设计在工业设计领域的困境及策略

从具象仿生、抽象仿生、功能仿生、结构仿生、材料仿生等目前工业设计领域中常用的“仿生设计”方法入手,结合设计实践中对各种仿生设计方法的理解和运用,揭示了部分对“仿生设计”的表面认识,分析了“仿生设计”在工业设计领域中由于多方面制约因素影响所导致的诸多问题和发展困境,指出对“仿生设计”的种种错误理解和肤浅认识,不仅影响到“仿生设计”在工业设计领域的发展,同时是对工业设计自身设计精神的极大否定,进而提出“仿生设计”在工业设计领域中的新策略和新思路,探讨“仿生设计”在工业设计领域的发展方向。     

新型仿生微纳米界面微量流体输运调控材料

生物表面从微纳米层次上已提供给人类一种多级次梯度结构的协同效应机制,并展现出控制动态浸润性及液体传输的独特能力。基于这种机制,设计了各种仿生的结构,开发了制备仿生材料的新技术与方法。并将仿生理念引入到材料的制备中,通过利用常见的高分子材料、响应高分子材料、掺杂的有机物/无机物复合材料,可控制备了一系列新型一、二维度仿生微纳米界面材料。这些新型仿生微纳米界面材料从微、纳及宏观层次上体现了优越的浸润性调控功能,如液滴驱动、水收集、防覆冰等,其在微流控制、淡水采集、雾水工程、热量传递、浮尘过滤等领域有重要的应用前景。     

基于“蝉蜕”语义的笔记本电脑仿生设计研究

以自然界中蝉蜕现象为启示,从功能性仿生、形态性仿生、视觉形态性仿生3个方面分析了蝉蜕的"结构"、"形态"、"颜色"等生物特征,论述了"蝉蜕"过程在笔记本电脑仿生设计中的设计语义。在此基础上,对笔记本电脑进行形态、颜色、结构、材料的创新设计,提出了从产品语义出发的仿生设计方法,以为产品仿生设计提供新的思想、原理、方法和途径。     

用于膜生物反应器的仿生抗污染抑菌聚偏氟乙烯膜制备及其性能

利用聚多巴胺一步原位共沉积法，将聚乙二醇(PEG)和铜元素(Cu)仿生固定于聚偏氟乙烯膜(PVDF)表面，制备仿生抗污染PVDF膜。利用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜，研究了膜表面固定PEG和Cu后PVDF膜表面结构、元素组成等的特征变化；同时利用接触角、动态渗透分离性能、抑菌性能等分析了表面仿生改性对PVDF膜表面抗污染性和抑菌性能的影响.结果表明，经过膜表面聚多巴胺与改性剂的一步原位仿生修饰，改性膜表面亲水性增强，可有效抑制有机蛋白质在膜表面的吸附污染和细菌在膜表面的黏附(BSA截留率95.2%;大肠杆菌抑制率100%;金黄色葡萄球菌抑制率100%);同时增强了改性膜渗透分离性能.在水处理领域尤其是膜生物反应器方面展示出潜在的应用前景.     

骨软骨组织工程仿生梯度支架研究进展

骨软骨缺损是导致关节发病和残疾的重要原因,骨软骨组织工程是修复骨软骨缺损的方法之一。骨软骨组织工程方法涉及仿生梯度支架的制造,该支架需模仿天然骨软骨组织的生理特性（例如从软骨表面到软骨下骨之间的梯度过渡）。在许多研究中骨软骨仿生梯度支架表现为离散梯度或连续梯度,用于模仿骨软骨组织的特性,例如生物化学组成、结构和力学性能。连续型骨软骨梯度支架的优点是其每层之间没有明显的界面,因此更相似地模拟天然骨软骨组织。到目前为止,骨软骨仿生梯度支架在骨软骨缺损修复研究中已经取得了良好的实验结果,但是骨软骨仿生梯度支架与天然骨软骨组织之间仍然存在差异,其临床应用还需要进一步研究。本文首先从骨软骨缺损的背景、微尺度结构与力学性能、骨软骨仿生梯度支架制造相关的材料与方法等方面概述了离散和连续梯度支架的研究进展。其次,由于3D打印骨软骨仿生梯度支架的方法能够精确控制支架孔的几何形状和力学性能,因此进一步介绍了计算仿真模型在骨软骨组织工程中的应用,例如采用仿真模型优化支架结构和力学性能以预测组织再生。最后,提出了骨软骨缺损修复相关的挑战以及骨软骨组织再生未来研究的展望。例如,连续型骨软骨仿生梯度支架需要更相似地模拟天然骨软骨组织单元的结构,即力学性能和生化性能的过渡更加自然地平滑。同时,虽然大多数骨软骨仿生梯度支架在体内外实验中均取得了良好的效果,但临床研究和应用仍然需要进行进一步深入研究。     

仿生阻尼材料研究

自然生物体结构经过漫长的进化,在减振和隔振等方面已经达到较高的效率。本文以大型陆生哺乳动物的皮层结构为仿生对象,根据其皮层的结构特征,从材料参数和结构两方面模仿其生物构造,设计出一种片状仿生类阻尼减振材料样件,并对该材料进行了台架试验,结果表明,该仿生阻尼材料有较为显著的减振降噪效果。     

结构仿生材料的研究进展

自然界中生物体的优异结构和特性给人类研究材料带来了灵感和启发.借鉴这些生物体的优秀结构特征是结构仿生材料的主要设计思想和方法.重点阐述了仿生增韧陶瓷材料、仿生粘附材料、仿生减阻材料、仿生减振材料和仿生系统应用在设计和制备方面的研究进展,并展望了结构仿生材料的发展前景,强调了多学科协作的重要性.     

传统银器中的仿生设计

通过分析现有传统银器的仿生作品,归纳出传统银器中仿生设计的3类主要手法,包括形态仿生、图案仿生、象征寓意性仿生,并总结出这些手法的特点和应用方式,以期从中感受传统银器艺术的文化魅力和独特的中国传统文化内涵,为研究传统银器中的造型设计和仿生设计研究起到抛砖引玉的作用。     

基于天府文化仿生的有轨电车外观设计研究

目的 结合文化仿生设计,研究具有天府文化特色的现代有轨电车外观设计方法。方法 总结现代有轨电车、天府文化和文化仿生的理论基础。基于文化仿生,对国内外现代有轨电车外观设计典型案例进行分析,提出基于天府文化仿生的现代有轨电车设计方法与流程。对本体层、行为层、价值层的天府文化实行调研与分析,总结出典型的天府地域文化元素。通过模糊综合评价法优选出一种天府文化元素,耦合文化仿生的表象阶段和意象阶段,将其结果应用到现代有轨电车外观设计中。结果 将川剧脸谱作为文化仿生对象,简化其脸谱的显著特征,着重将其形态和色彩融入到100%低地板现代有轨电车的造型和涂装设计中。结论 通过文化仿生实践案例,表明文化仿生能较好地将天府文化通过城市有轨电车的外观设计进行传播,为现代城市有轨电车外观设计研究提供理论依据及参考。     

包装容器形态仿生设计

通过例子分析了仿生设计与包装容器形态之间的密切关系,从具象形态仿生设计和抽象形态仿生设计2个方面,对包装容器形态仿生设计在包装中的应用进行了分析和探讨,以达到创新设计的目的,真正做到实用与审美的统一.指出包装设计中的仿生设计极大地丰富了包装设计的设计方法,赋予了产品鲜明的个性形象,并提升了包装的魅力.     

面向产品设计领域的色彩仿生特征提取探析

从产品设计程序出发,以自然生物色彩的特点为启示,总结出2种不同形式的仿生色彩设计流程。针对生物原型色彩特征的提取,归纳出4种设计原则,即:主体色优选,辅助色适当忽略:色彩面积配置仿生;整体色彩仿生与局部色彩仿生并用;色彩反馈功能仿生。通过这些设计原则的应用,将为产品色彩设计领域开拓更广阔的色域空间。     

仿生非光滑表面45#钢模具的热疲劳性能

利用动物体表仿生学原理制备45#钢模具非光滑表面试样,通过自约束冷热疲劳试验方法,对比研究了光滑与非光滑试样的热疲劳特性,观察分析了热疲劳裂纹在仿生非光滑表面上扩展的形貌和内部机理.结果表明,非光滑单元体对热疲劳裂纹有阻断作用,仿生非光滑表面使模具的热疲劳抗力显著提高,模具表面的热疲劳性能在非光滑单元体的某一密度范围内达到最佳状态.在细晶强化、合金强化等强化机制下,由仿生非光滑单元体构筑的"桩钉"效应是导致模具抗热疲劳性提高的主要原因.     

交叠增韧仿生复合材料的研究进展

仿生设计方法为制备结构与功能一体化材料提供了重要的思路和途径,已成为各国研究的重点,贝壳的分层结构和高强韧性能仿生制造是其中较为典型的一类,据此可开发出具有优异的防护性能和抗裂纹扩展能力的层状复合材料。对层状复合材料制备工艺、界面扩散及结合强度、增韧机制、弹道防护性能的研究现状进行了简要综述,评价和总结了目前存在的问题,并对仿生制造的应用前景进行了展望,指出应加强层状复合材料变形的理论研究,进一步拓展层状复合材料的应用领域。     

Application of Bionic Design to FRP T-Joints

We applied the concepts of bionics to enhance the mechanical strength of fiberglass reinforced plastic T-joints. The failure modes of the designed arthrosis-like and gum-like joints were determined using three-point bending tests and numerical simulations and compared with those of normal T-joints bonded using structural adhesives. In the simulation, we used cohesive elements to simulate the adhesive interface of the structural adhesive. The experimental and simulation results show that the arthrosis-like joint can effectively delay the failure progress and enhance the bonding strength of T-joints, thus confirming that an appropriate bionic design can effectively control the bonding properties of structural adhesives.