蚯蚓体表与土壤接触界面动态行为仿真

应用离散元软件PFC2D建立了蚯蚓波纹体表与土壤界面动态行为仿真模型,对比分析了光滑和波纹试样的接触界面、接触力场和接触颗粒数以及滑动阻力,得出:当波纹表面的摩擦力与土壤颗粒对波纹凸起处的向后推力之和小于光滑表面的摩擦力时,波纹表面起到减阻作用;如果土壤颗粒对波纹表面凸起处的向后推力过大,波纹会起到增加阻力的作用。另外,试样运动时,波纹表面比光滑表面对土壤的扰动大。随着垂直载荷的增加,波纹表面和光滑表面的滑动阻力均增加,且波纹表面的降阻效果减弱;随着前进速度的增加,2种试样滑动阻力的增加,但波纹表面的滑动阻力的增长小于光滑表面,即速度高时波纹表面降阻明显。结果表明:蚯蚓非光滑表面的减阻能力与接触界面特性和外部条件有关。研究结果可为揭示非光滑表面的减阻机制提供研究方法和参考。     

可生长仿生学习算法在机器人平衡控制中的研究

针对两轮机器人的运动平衡控制问题,提出一种基于Q学习的生长细胞结构(GCS)网络的仿生学习算法;GCS网络除了具有SOM网络的竞争机制外,它还可以通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化,Q学习算法是一种无模型强化学习算法,它可以改善学习能力,但是它只适用于状态离散化的控制系统中;将GCS网络的生长特性应用到Q学习算法中,通过网络输出的获胜神经元的信息来优化Q值,实现了状态连续系统的无模型控制,并且在两轮机器人上做了仿真实验;结果表明,当神经元数为12个时,机器人才开始受控,但是机器人本体的倾角振荡角度过大,位移不受控制;当神经元数增加到25个时,机器人本体的倾角在很小的角度范围内波动(大约0.2°),位移大约在0.05m的位置达到平衡,机器人的运动平衡达到了很好的控制效果。     

基于多种介质的仿生步行足力学特性

以中华绒螯蟹步足为研究对象,基于步足指节结构特征设计了4种仿生步行足:圆锥、圆锥沟纹、棱锥、圆柱沟纹步行足,并以圆柱足为对照原型。分别对5种步行足在不同含水率的石英砂和黏土中进行土槽试验,测试步行足的抗沉陷性能、能量消耗和推进性能。通过与圆柱足的对比试验表明:在多种土壤介质中,仿生步行足具有较好的力学特性。4种仿生足与介质接触过程的能量消耗显著低于圆柱足,仿生步行足可比圆柱足入土能耗最多降低95.12%,出土能耗减少45.88%~91.23%;圆柱沟纹仿生足在介质中的支承力提高6.61%~21.81%,推进力增加5.30%~20.88%,表现出优于圆柱足的抗沉陷性性能和推进性能。     

水陆两栖仿生机器人构形、运动机理及建模控制综述

从水陆两栖机器人本体构形、推进动力学建模、多环境运动控制等方面对水陆两栖机器人近期的研究现状进行综述。首先,按照两栖机器人结构类型将两栖机器人分为腿式推进、轮腿/鳍复合式推进、蛇形推进、球形两栖机器人等;然后,介绍两栖机器人在水、陆环境中推进的动力学建模方法,以及目前常用于水陆两栖机器人的多环境运动控制策略。最后归纳得到两栖机器人的关键技术及未来发展方向,包括新型推进机构设计、系统建模、推进机理研究和多模态自主控制技术等。     

形态/柔性材料二元仿生耦合增效减阻功能表面的设计与试验

通过研究水生生物在流体介质运动中,皮肤可随着流体载荷的变化而发生动态变化,并与皮下组织特有的非光滑结构形成动态耦合,形成具有特定功能的表面的现象,并依据仿生学相似原理,提出一种形态/柔性材料二元耦合功能表面设计的新思想,称之为仿生耦合功能表面(BCFS),该功能表面由不同属性的双层材料构成,利用面层材料的弹性变形以及面层材料与基底材料表面上仿生非光滑结构的耦合,对流体进行主动控制,实现增效减阻功能。探索了将这种仿生耦合功能表面(BCFS)在典型流体机械-泵上面的实现方法,并以效率为目标,进行了仿生耦合功能表面增效减阻功能的试验,试验结果表明,采用这种耦合功能表面的仿生耦合水泵,效率提高了5%以上。     

仿生挖掘机斗齿减阻试验

为了减小挖掘机斗齿的楔土阻力,提取了蝼蛄前足爪趾的构型,在JL80型斗齿的基础上进行了仿生斗齿设计。采用快速成型加工技术加工了仿生斗齿与JL80型斗齿试样。利用试验机对两种试样进行了楔土试验,测定了楔入阻力与楔入深度的关系。运用有限元分析软件对仿生斗齿和JL80斗齿的楔入过程进行了数值模拟。结果表明,在同样条件下仿生斗齿的楔入阻力较JL80型斗齿低11%。本文设计的仿生斗齿可以为挖掘机斗齿的优化设计提供参考。     

基于人体嗅觉特征的猪肉新鲜度仿生电子鼻检测技术

借鉴成人鼻腔的特殊结构及其嗅觉原理设计出具有仿生意义的气体室。根据猪肉产生的气味和传感器实验,合理选择气敏传感器。采用支持向量机(SVM)作为模式识别方法。经理化试验证明系统检测猪肉新鲜度准确率达96.45%,结果表明设计的仿生电子鼻系统检测猪肉新鲜度是可行的。     

传感器技术在机器人上的应用研究

作为现代信息产业三大支柱之一的传感器技术,在机器人上的应用是核心技术之一。传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律变换成可用输出信号的器件或装置,传感器是机器人获取信息的主要部分,类似于人的“五官”,基于仿生学的：视觉、嗅觉、听觉、触觉、味觉对传感器技术在机器人上的应用状况进行阐述。     

沟槽非光滑表面流场的数值分析

利用有限体积法对三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算。近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型。分析了沟槽表面的流场特性,对计算域中心Z=3 mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究。顶点间距s+≈20,h+≈17.3的沟槽减阻率为5.2%;s+≈40,h+≈34.6的沟槽增阻率为12.3%。从速度场、剪应力及湍流统计三方面对沟槽表面减阻、增阻机理进行了分析讨论。与风洞和油槽实验数据定性对比的结果表明,理论计算与实验结果一致。     

Adaptation of a Biomineralization Strategy for Remineralization of Enamel and Dentin

The bio- inspired strategy of triggered release of Ca^2＋ , Pi, F from prosomal compartments was used to induce rapid formation of FHA for potential dental use ： Calcium and inorganic phosphate salts were separately loaded into temperature-sensitive liposome composed of 90% DPPC and 10% DMPC. When heated from the room temperature to 35- 37 ℃ , the entrapped calcium, inorganic phosphate and fl~rin released from the liposome,A mixture of Ca- Pi and F-loaded liposome formed apatite. The mineral was indicated by a rapid drop in suspension PH from 7.4 approximately 6. This was illustrated by applying a liposome suspension warmed human dentin and enamel surface which resulted in deposition of apatite onto the tissue substrates.