天津极地海洋世界建筑设计

以天津极地海洋世界设计为例,探讨了建筑设计的仿生设计手法,从形态、结构、生物特性仿生等方面论述了仿生设计在建筑设计中的具体应用。海洋馆功能齐全、结构合理,形体大胆而不失建筑个性。以其为例,从功能、造型、意境三个方面分析了展示设计的空间形态与意境传达的表现手法。     

科学家聚焦仿生学

仿生学(bionics)是模仿生物的科学，即研究生物系统的结构、物质、功能、能量转换、信息控制等特征，并将它们应用于技术系统，以改善现有的技术工程设备，创造新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等的科学，是应用生物学的分支，是生物学、数学、工程技术学之间的交叉学科。仿生学的任务是研究生物系统的优异能力及产生原理，将其模式化。再运用于新技术设备的设计与制造，或者使人造技术系统具有类似生物系统的特征。仿生学的研究内容十分广泛，小至微观世界的分子仿生，大至宏观世界的宇宙仿生，主要包括：(1)电子仿生。模仿动物的脑和神经系统、感觉器官、细胞内和细胞间通信、动物间通信等，研制多种人工神经元电子模型和神经网络、高级智能机器人、电子蛙眼、鸽眼雷达系统以及模仿苍蝇嗅觉系统的高灵敏小型气体分析仪等；(2)控制仿生。模仿动物体内稳态调控、肢体运动控制、定向与导航等，研制蝙蝠和海豚动物的超声波回声定位系统、蜜蜂的“天然罗盘”、鸟类和海龟等动物的星象导航、地磁导航和重力场导航系统等；(3)机械仿生。模仿动物的走、跑、飞、游等运动，运用机械结构和力学原理，研制昆虫步行机等机械装置，寻求车辆、舰船、飞行器的最佳设计原理；(4)化学仿生。模仿光合作用、生物合成、生物发电、生物发光等；(5)医学仿生。包括人工脏器的研制、生物医学图像识别以及医学信号的分析处理等。此外，还在研究建筑仿生、农业仿生等。     

仿生计算的生物信息学应用及思考

仿生计算是目前比较热门的计算方法，生物信息学也是一个很有希望的交叉学科。本文归纳了仿生计算的特点，介绍了其在生物信息学中的最新的一些应用方法，并对仿生计算方法进行了思考和总结。     

浅析仿生设计在景观园林中的应用

本文从仿生设计学入手,介绍了仿生设计在宏观景观、主题公园、景观小景中的实践应用,得出景观设计与仿生设计相结合,能使景观更有生命力,达到与自然更和谐的目的。     

谈"仿生设计"在工业设计中的应用

在工业设计越来越受重视的今天,"仿生设计"也开始受到关注。基于仿生学原理和仿生技术而产生的产品仿生设计,应注重产品系统内部特质和原理的仿生技术应用,而不仅是外观或局部的模仿生物。正确把握仿生设计在工业设计中的应用,需把握仿生设计的整体性特征,纠正一些错误看法。展望未来,产品智能化设计和绿色产品设计都将是仿生设计的发展重点。     

仿生引流式煤液化调节阀阀座空化抑制行为研究

为了抑制煤液化调节阀中空化的产生与发展,本文基于Bio-TRIZ仿生学理论,以墨鱼喷嘴结构作为生物原型,设计一种仿生引流式结构的煤液化调节阀,通过数值模拟方法研究并比较仿生阀和原始阀内部流场中压力和汽相体积分数的分布。引入特征量空化抑制效率η,定量地评价该仿生引流式阀座结构抑制空化的效果。同时,搭建了调节阀可视化实验系统,采用高速相机对不同阀座的空化形态进行捕捉,分析了仿生引流式阀座对空化长度的影响。结果表明：作为关键部位的阀芯头部易受空化损伤,优化后的仿生引流阀座结构能有效抑制空化的产生与发展,汽相有效体积和空化长度均减小;此外,小开度工况下仿生引流阀座结构抑制了空化发生剧烈程度,在大开度工况下仿生引流阀座结构加速了空化的发展与溃灭;随着调节阀开度的增加,该仿生结构的空化抑制效率提高,在70%开度下空化抑制效率达到了32.81%。     

柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构PID控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(Anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展试验。结果表明,本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。     

仿生新材料的应用及展望

 仿生材料的最大特点是可设计性,运用仿生的手段可以将自然界生物材料的结构及功能赋予人工制造的智能化材料。综述了目前仿生新材料在信息通信、建筑行业、生物医疗、节能减排等领域的应用,分析了仿生材料在未来的应用方向,并对仿生材料的前景提出了展望。     

仿生机械学发展综述

仿生机械是通过研究和探讨生物机制,仿照生物外形、结构或者功能而设计改进的机械。目前仿生机械设计已广泛应用于传感器、新材料等领域,取得了很大进展。本文分别从抓取功能、移动功能、飞行功能、游动功能及其它功能的角度,对仿生机械学的发展状况做出综述。     

钢结构在大跨度建筑中的应用与设计

在大跨度建筑中,钢结构具有重量轻、强度高、可塑性好等优点,越来越受到人们的关注。文章主要论述了钢结构在大跨度建筑中的应用与设计,以及钢结构在大跨度建筑中的施工、维护和管理等,首先介绍了大跨度建筑的定义、钢结构在大跨度建筑中的优点和大跨度钢结构的分类,其次重点阐述了钢结构设计的基本原则、大跨度钢结构的设计方法和钢结构节点设计的要点,同时对钢结构的安全评估和检测、维护方法和管理制度进行了探讨,并结合实例进行了案例分析。     

基于仿生子结构的铝合金板式节点拓扑优化

针对铝合金板式节点自重大且应用传统拓扑优化效果不佳的问题,在子结构拓扑优化的基础上利用仿生学原理提出一种仿生子结构划分方法,显著改善了铝合金板式节点的拓扑优化效果,并构建一种轻质高强的新型铝合金节点.首先以Y型节点为例提出仿生子结构拓扑优化的基本思路和数学模型并验证了该方法的有效性;然后应用该方法对传统铝合金板式节点进行拓扑优化.优化过程中,先使用SolidWorks软件建立节点模型;然后以甲虫前翅为仿生对象进行拓扑优化子结构划分,并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器进行给定荷载条件下的节点拓扑优化分析;再通过OSSmooth模块进行FEA reanalysis处理,提取优化结果的关键拓扑特征;最后将拓扑节点有限元模型通过SolidWorks软件进行重建模设计,获得新型铝合金节点.研究结果表明,仿生子结构拓扑优化方法有效提升了结构优化效率和优化效果,应用该方法得到的新型铝合金节点在最大等效应力降低19.97％的同时大幅降低其自重52.91％.     

生物矿化与仿生材料的研究现状及展望

对于天然生物材料中的矿化组织结构和矿化机理的充分认识,可以为仿生设计与合成具有特定结构和功能的材料和器件提供理论依据。生物矿化组织的显微分级结构主要取决于生物控制的分子过程,包括晶体生核、生长,以及矿物结构的堆积方式,材料科学家和化学家首先在这一关键问题上做出了贡献。随着研究的深入,分子生物学家的加入,使这一研究已发展到细胞和基因的水平。探讨生物矿化过程中分子控制机理,即有机模板对无机晶体的调制作用,最具代表性的就是有机/无机界面分子识别理论。在此基础上给出生物矿化机理以及仿生制备的研究方向。     

胚胎型仿生硬件及其关键技术研究

介绍了胚胎型仿生硬件的概念、优点、应用领域和实现方法,对胚胎型仿生硬件的结构、系统设计方法、错误检测与自修复机制等关键技术的研究现状进行了综述,并以八进制加法计数器为例说明胚胎型仿生硬件的设计方法和自修复机制。针对目前仿生硬件面临的容错机制、细胞电路结构和设计方法都比较简单的问题,提出了基于免疫机理进行错误检测、实行分级容错、采用可进化核设计电路等解决思路。最后指出了胚胎型仿生硬件技术发展趋势,如探索新型容错机制和各种生物启发式电路体系结构、开发商业和专用胚胎型仿生硬件芯片等。     

仿生材料设计与制备的研究进展

自然界中一些生物体的优异结构和特性给人类在不断制造和更新新型材料的过程中带来灵感和启发．根据这些生物体的优秀特征综述仿生材料的主要设计思想和方法，重点分析目前一些典型仿生材料如仿生复合材料、仿生陶瓷材料、仿生纳米材料和仿生涂层材料等设计和制备研究的新进展和存在的困难，并提出一些新的材料设计思想方法和制备的模型，对仿生材料的设计和研究等均具有指导意义，最后则展望了仿生材料的发展前景．     

仿生机械学发展综述

仿生机械是通过研究和探讨生物机制,仿照生物外形、结构或者功能而设计改进的机械。目前仿生机械设计已广泛应用于传感器、新材料等领域,取得了很大进展。本文分别从抓取功能、移动功能、飞行功能、游动功能及其它功能的角度,对仿生机械学的发展状况做出综述。     

制动盘表面微结构仿生构建与应力场分析

制动盘摩擦磨损不均匀易引起制动失效,导致重大交通事故的发生。基于蝗虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的良好耐磨特性,应用SolidWorks三维制图软件建立了不同制动盘表面微结构仿生模型。运用ANSYS Workbench仿真软件,对不同表面微结构制动盘在不同初始速度下摩擦制动过程中的制动时间及应力分布情况进行了分析。得到了仿生制动盘表面结构的变化对制动性能和耐磨性能的影响情况,表明直沟槽表面制动盘的制动性能和耐磨性能相对较好。该研究结果对寻求一种制动性能和耐磨性能良好的仿生制动盘表面优化设计方法提供了理论基础。     

逆向工程在结构仿生设计中的应用研究

针对现代仿生设计中需用模型来模拟生物结构及原理的问题,提出了将逆向工程与结构仿生设计相结合的思想。以螃蟹模型为例,详细阐述了反求过程中扫描模型的建立、实物数字化、数据处理、CAD模型的重建等技术,成功完成了螃蟹曲面结构的三维造型。为将逆向工程技术应用到结构仿生领域定量研究动物三维几何特征的发展提供了一定的基础。     

仿生叠层复合材料的研究现状与发展

一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示。文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法、主要研究内容和现状。指出考虑工艺参数的影响,制备出材料并建立相关条件下的仿生模型,对材料在应用领域的发展具有积极意义。     

仿生树状分形薄壁结构的耐撞性研究

为提高薄壁管结构的耐撞性,受树枝生长规律的启发,设计了两类树状分形的薄壁多胞结构。根据简化的超折叠单元理论,针对轴向压缩工况,建立仿生薄壁管的平均冲击力理论模型,采用有限元数值模拟技术,研究分形结构对薄壁结构耐撞性的影响。结果表明：理论模型可以有效地预测仿生薄壁管的平均冲击力,树状分形设计能够促进薄壁结构的变形稳定,高阶仿生薄壁管在比吸能、载荷效率等方面优于单胞方管,且随着分形阶数的增加,仿生管的能量吸收能力和变形稳定性进一步提升。     

OB纳米结构仿生及光学特性研究进展

纳米微结构具有对光线进行调制的能力,在新型光电子和光子器件方面已显示出广泛的应用前景,而不同类型光学尺度纳米微结构的人工制备却始终是一个难点．从纳米仿生角度对利用生物模板构筑人工纳米微结构的制备手段和研究现状进行分类阐述;随后着重介绍了近年来出现的一种新型纳米结构仿生制备方法,即利用原子层沉积技术实现对生物模板纳米结构的三维复制和原子尺度的精确生长控制;最后探讨了仿生纳米结构的光学特性和潜在光学应用．