基于仿生行为的气味源定位方法综述

危化气体泄漏引发的事故频繁发生,严重危害公共安全,如何高效精准定位泄漏源位置是预防事故发生的前提,传统采用定点检测辅以人工巡检的泄漏检测模式已不能满足工业需求。移动机器人具有实用性强、应用灵活的特点,通过模仿生物搜寻气味源的行为,将其应用到气味源定位领域对于石化行业智能化发展与进步具有十分重要的意义。鉴于此,根据生物多感官气味源定位机制,将移动机器人气味源定位方法从单一和多源信息角度进行综述,首先分析了主动嗅觉定位的3个步骤;其次在多源信息融合技术的基础上,阐述了融合嗅-视信息的气味源定位方法,对目前融合嗅-视-听多感知信息的气味源定位方法进行了探讨;最后预测了未来发展趋势并进行展望。     

仿竹子结构八重桁架点阵结构设计与增材制造

针对航空航天、汽车工程等领域中对轻量化、高强度、高吸能构件的迫切需求,受启发于竹子的特殊宏微观空心结构,提出了空心八重桁架的高比强吸能点阵结构优化设计方法．空心八重桁架点阵结构由空心面心立方体和正八面体点阵结构组合而成,采用光固化技术分别成形3种点阵结构并利用准静态压缩试验测试其力学性能,结果表明：空心八重桁架点阵结构的弹性模量低于空心面心立方体和正八面体点阵结构之和,屈服强度、抗压强度和能量吸收值高于两者之和．当点阵结构的边长为8 mm时,空心八重桁架点阵结构的弹性模量低于空心面心立方体和正八面体点阵结构总和的4.76%,而屈服强度、抗压强度和能量吸收值分别高于空心面心立方体和正八面体点阵结构总和的12.80%,7.09%和51.68%．当空心八重桁架结构的边长从8 mm增加到20 mm时,弹性模量、屈服强度、抗压强度和能量吸收分别下降19.96%,24.73%,30.77%和33.69%.     

沙漠甲虫Stenocara与空气取水

空气取水是解决淡水匮乏的有效方法之一,但较低取水率限制了其广泛应用。结合英国生物学家Andrew发现的沙漠甲虫Stenocara利用其特殊背部表面从空气中获取饮用水的现象,通过分析现有空气取水技术,指出了制作Stenocara甲虫背部仿生表面以应用在空气取水中,有可能在提高空气取水的取水率方面提供新的思路,这也有望成为今后大型化、人工空气取水的基础。     

仿生机器鱼水下考古好帮手

经过上亿年进化的鱼类在推进效率、灵活性、可操纵性等方面,具有超越任何人造的水面和水下运载器的优越性。目前许多发达国家都十分重视鱼形机器人的研究,美国和日本都在这一领域取得了重要成果。日本三菱重工研发出用于观赏的机器鱼,市场售价达到每条1000美元。中国的一些科研单位也致力于相关的研究。近期北京航空航天大学机器人研究所和中国科学院终于研制成功名为SPC-II仿生机器鱼,而这条特殊的“大鱼”也成了我国第一条可实际应用的仿生机器鱼。     

我国优秀男子三级跳远运动员踏跳阶段摆动腿摆动技术分析

为研究我国优秀男子三级跳远运动员起跳过程中摆动腿摆动的技术特征,以2019年全国室内田径锦标赛总决赛男子三级跳远9名运动员为研究对象,采用文献资料法、运动图像解析法、数理统计法对其摆动腿的摆动技术进行三维运动学分析.结果表明:部分运动员三跳着地瞬间摆动腿角速度偏小,跨步跳和跳跃着地瞬间摆动腿角速度减小明显,且存在较大个...     

六腿式移动机械手基座安装位置的优化研究

机械手基座的位置会影响操作性和稳定性等性能,为了进一步提升六腿式移动机械手的性能,对其机械手基座安装位置的优化问题进行了研究。在六腿移动平台顶面上选择不同的机械手基座位置,考虑工作空间、可操作性和腿力稳定裕度3个性能参数的综合效应分析了机械手基座的最佳安装位置。结果表明:(1)在上述3个性能参数同等重要的情况下,最佳位置为(x_m, y_m)=(30 mm, 100 mm);(2)有更好稳定性的最佳安装位置为(x_m, y_m)=(0 mm, 100 mm)。     

采用均匀设计优选补骨脂半仿生提取的工艺条件

以补骨脂中总黄酮、总香豆素及干浸膏得率为指标,采用均匀设计方法优选出补骨脂的半仿生提取工艺。优选的工艺条件为:三煎用水pH值依次为5.50、7.50、8.00;煎煮时间依次为2h、1h、1h。所建立的定量方法简便、准确,用均匀设计优选补骨脂的半仿生提取工艺是可行的。     

水烛叶表面的浸润性研究及其仿生表面的制备

研究了水烛叶及其仿生表面的形貌和浸润性.通过接触角测量仪(OCA)测得水烛叶的静态接触角为111.5°±2°,其聚二甲基硅氧烷(PDMS)仿生表面的接触角为148.8°±2°.通过扫描电子显微镜(SEM)对样品的表面微观形貌进行表征,发现水烛叶表面的主要由亚毫米级周期性沟槽,微米级点阵乳突和纳米级鳞屑状蜡质层组成.此外,通过Cassie模型分析了水烛表面的浸润性机理,水烛叶表面复杂的微观结构和蜡质层的结合使其表面具有较好的疏水性.利用PDMS复制了水烛叶表面的微结构,由SEM测试结果可知PDMS仿生表面达到了很好的复制效果,从亚毫米级到微米级范围的复杂分层结构得到很好的再现,然而纳米结构在固化过程中因为植物表面蜡质层的熔化导致无法被复制.水烛叶和PDMS仿生表面之间的浸润性差异源自于叶片表面上蜡质化学性质不稳定以及微观结构的差异.但是同平滑的PDMS相比,复杂的分层结构明显改善了其浸润性.该研究可为大面积制备疏水材料表面的仿生设计和构造提供参考.     

飞秒激光仿生制备极端浸润性表面

极端浸润性表面由于具有许多奇异的特性和重要的应用,近年来备受国际学术界和工业界的广泛关注.与传统微制造技术相比,飞秒激光微纳加工技术在设计制备复杂精细表面微纳结构方面具有非常突出的优势.飞秒激光近年来也被成功应用于调控固体材料表面的浸润性.本文系统总结了飞秒激光在制备不同极端浸润性表面方面的研究进展,包括超疏水表面、水下超疏油表面、水下超疏气表面、润滑液灌注滑动表面、可调粘滞性表面以及各向异性表面.本文从仿生制备的角度,阐述了各种超浸润表面飞秒激光构建的方法和思路,以及不同浸润性之间的关系,介绍了飞秒激光诱导极端浸润性表面的重要应用,探讨了该领域目前所面临的主要挑战,并对未来的发展进行了展望.     

生物耦合及其分类学与特征规律研究

生物功能源自生物耦合作用的现象, 是多元仿生的重要生物学基础, 也是仿生学领域的重要发现. 从仿生学角度, 提出了生物耦合相关的基本概念, 阐释了生物耦合的构成、分类及其特征规律, 分析了生物耦合研究的一般模式, 并展望了多元耦合仿生的前景.