电活性聚合物驱动的仿生变色伪装技术研究进展

 电活性聚合物材料是一种具有电场响应变形的软体智能材料，其质地柔韧，变形过程与生物肌肉类似，被公认为是一种理想的人工肌肉材料。基于电活性聚合物的变色技术具有贴近生物本体特征和适用于复杂结构的应用优势，为新一代变色伪装技术的发展提供了新的方向。介绍了自然界生物的变色机理，比较了避役科生物的结构变色和头足纲生物的化学变色的区别；分析了现有仿生变色技术的现状，发现其中存在变色调控方式复杂、缺少变形适应性的特征；介绍了电活性聚合物电致变形的基本驱动机理，指出了这种类肌肉驱动变色方式存在的先进性和前沿性；比较了几种典型的电活性聚合物的变色技术及其特点，并归纳了现有研究中存在的挑战。该技术的实施有望推动新一代军事伪装装备发展，为具有环境共融特征的机器人提供应用技术支持。     

基于无线控制的仿生刀鱼设计

成熟的潜水器大多是利用螺旋桨进行驱动,噪声较大,对水下环境的扰动比较大,根据对刀鱼的运动机理的研究,提出了一种利用腹鳍驱动的仿生机器鱼,具有结构简单,低速性能好,对环境扰动较小的特点.     

简单复合体系制备梭形CaCO3

在对氨基苯磺酸协同精氨酸的作用下调控碳酸钙的仿生合成,生成的碳酸钙晶体用傅里叶红外光谱、X粉末衍射仪和扫描电子显微镜进行表征,结果表明,梭形状碳酸钙粒子最佳合成条件:L-Arg的质量浓度为0.5g/L,对氨基苯磺酸质量浓度为0.5g/L,溶液的pH为7.0。     

Development of a propulsion system for a biomimetic thruster

We studied theoretically and experimentally a biomimetic propulsion system inspired by the motility mechanisms of bacteria such as E. coli. Our goal was to investigate the effect of the "complex" filament of Rhizobium Meliloti bacteria on thrust force. The complex filament is a helically perturbed filament,similar to a plain filament threaded through a small helix. The propulsive performance of this system was estimated by modeling the dynamics of helical wave motion in viscous fluid. The model consists of a helical filament which is axially rotated at angular velocity ω. Resistive force theory(RFT) was applied to this model to calculate the thrust force and required torque. The Buckingham PI theorem(non-dimensional analysis) was also used to analyze the theoretical results. The procedure for making a complex filament with various pitch angles θs from a small helix and plain filament is explained in detail. To validate the theoretical results for helical wave propulsion and compare the characteristics of complex and plain filaments together,an experiment was performed to measure the thrust forces in silicone oil. The experimental results agreed with the theoretical values predicted by RFT. The thrust forces of complex filaments depended on the shape of small helix winding. The maximum thrust force was achieved at a small helix pitch angle of θs = 45°. In addition,we found that the thrust force generated by a complex filament had a value about 10% higher than that of a plain filament with the same equivalent diameter de.     

基于超球覆盖仿生模式识别的指纹点名系统

超球覆盖仿生模式识别方法具有识别速度快、误识率低、易于实现等特点,特别适合于一些实用性较强的应用领域使用.研究了一种基于超球串覆盖的仿生模式识别方法,并应用于指纹点名系统.在对实际教学需求分析的基础上,设计了完整的指纹点名系统软硬件,通过指纹传感器对指纹数据进行采集、预处理、用超球串覆盖算法对指纹图像进行了识别,在嵌入式系统STM32中实现了指纹注册、班级选择、指纹签到、签到次数记录等功能,实验结果显示系统达到预期的效果,解决了课堂实时点名问题.超球串覆盖仿生模式识别方法适用于众多应用领域,通过示例,可以举一反三,将方法复制到其他应用场合.     

利用壳膜制备碳酸钙及形成机理研究

利用鸡蛋壳膜控制反应物的扩散速度,制备了不同形貌的CaCO3材料,模拟再现了生物矿化过程中Ca2 离子在有机物调制下形成不同形貌CaCO3的过程.由于壳膜内外表面结构不同,沉积在外表面得到由片状粒子组成的CaCO3晶体,而沉积在壳膜内表面得到由小粒子组成的多面体CaCO3晶体.利用X-ray粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试手段对样品的物相、结构、形貌和尺寸进行了表征,并初步探讨了CaCO3的形成机理.     

碳酸钙生物矿化的体外研究进展

研究生物矿化的机理,可以为仿生制备新材料提供理论依据和合成手段,而碳酸钙是生物矿化的主要无机体系之一。近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。在一些最新的研究成果中,使用微印法控制结晶位点,或者使用原子力显微镜观察微观生长形貌,或者从相转变角度认识矿化过程,这些研究为矿化研究今后的发展提供了新方向。     

飞行和游动的生物运动力学和仿生技术研究

飞行与游动的生物运动力学是一门以流体力学为先导的交叉科学,我们采用活体观测、实验测量、数值模拟和理论分析多种手段,以及力学和生物学相结合的综合研究方法,系统地开展了关于飞行和游动的生物运动力学以及相关的仿生技术研究.论文从生物活体实验测试及其动力学特性、生物运动的拍动推进和波状摆动推进机理、理论分析和理论模化、水下仿生机器研制等几个方面分别简要介绍我们近期的主要研究进展.     

离心式昆虫微力测试系统设计

基于猪笼草叶笼滑移区表面特殊结构与良好滑移功能仿生研制致灾农业昆虫捕集滑板过程中,需要测试昆虫在仿生原型及制备滑板表面的附着力、摩擦力等毫牛尺度微力。为满足毫牛尺度微力的测试需求,依据离心力原理设计研制了一种离心式昆虫微力测试系统。该系统主要包括测试平台及附属机构、调速电机及转速控制器、视频监控系统和能够实现各部件固定安装的机座等4部分。调试运行结果表明设计研制的离心式昆虫微力测试系统能够准确采集蚂蚁、甲虫、飞蛾等体型较小昆虫附着系统产生的毫牛尺度微力,精度可达0.1mN,能够满足致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中对昆虫微力准确测试的需求。     

甲壳素基质对碳酸钙结晶的影响

依据生物矿化基本原理,以甲壳素为基质,仿生合成了一些有特定形貌的碳酸钙晶体。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)和红外吸收光谱分析(FTIR)等手段对所得产物进行了表征。结果表明,甲壳素基质中形成的碳酸钙晶体的微观形态结构不同于纯水中形成的晶体结构。随着甲壳素基质浓度的不同,所得CaCO3晶体的形貌发生了变化,表明甲壳素基质对碳酸钙晶体形成具有调控作用。这给我们合成不同特性CaCO3材料提供了研究和实践的空间。