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从自然结构到先进光子器件:木材仿生光学的启迪与重构
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作者 李坚 尹伟明 陈志俊 《东北林业大学学报》 北大核心 2026年第1期1-8,共8页
木材作为一种古老而丰富的天然材料,其价值长期以来主要局限于结构与燃料领域。然而,随着纳米技术与仿生学的交叉融合,一门新兴的交叉科学——木材仿生光学应运而生。该学科旨在解码木材微观结构中蕴含的光学原理,并以此为灵感,设计与... 木材作为一种古老而丰富的天然材料,其价值长期以来主要局限于结构与燃料领域。然而,随着纳米技术与仿生学的交叉融合,一门新兴的交叉科学——木材仿生光学应运而生。该学科旨在解码木材微观结构中蕴含的光学原理,并以此为灵感,设计与制备具有优异性能的新型光子材料与器件。论文系统阐述木材仿生光学的研究背景,揭示其从“材料对象”到“灵感源泉”的范式转变;深入剖析木材仿生光学的研究内涵,将其划分为结构解析、原理探究与仿生重构三个核心层次;并详细论述该领域的主要研究内容,涵盖对木材自身光学现象的深入理解,以及由此启发的仿生制备策略。在此基础上,文章进一步探讨木材仿生光学在推动可持续发展、促进多学科融合及启发颠覆性技术方面的深远意义。最后,全文总结当前研究面临的挑战,并对未来的发展方向,如动态响应光子材料、与生命功能的集成、计算辅助设计及面向“碳达峰、碳中和”的生物基光子学战略等进行了展望。论文旨在系统梳理木材仿生光学的知识体系,为该领域的深入发展与创新应用提供理论参考和方向指引。 展开更多
关键词 木材仿生 仿生光学 结构色 室温磷光 可持续材料 光子器件
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工程化干细胞仿生骨膜协调免疫炎症及血管化促进骨再生
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作者 孙慧雯 郭强强 +3 位作者 王伟 武杰 郗焜 顾勇 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第1期21-33,共13页
背景:临床上主要应用自体骨、异体骨或人工骨促进骨缺损修复,然而不愈合率仍维持较高水平状态,关键是忽视了骨膜在骨愈合过程中的重要性。项目组前期通过构建负载血管内皮生长因子的静电纺丝膜在骨缺损处高度模拟天然骨膜的膜内成骨过程... 背景:临床上主要应用自体骨、异体骨或人工骨促进骨缺损修复,然而不愈合率仍维持较高水平状态,关键是忽视了骨膜在骨愈合过程中的重要性。项目组前期通过构建负载血管内皮生长因子的静电纺丝膜在骨缺损处高度模拟天然骨膜的膜内成骨过程,一定程度上促进了骨再生。但是,损伤局部常面临巨噬细胞介导的剧烈炎症反应和种子细胞匮乏的窘境,导致递送生物因子面临失活或弥散的风险。因此,尚需进一步优化和协调仿生骨膜的免疫调控和成血管功能,促进骨修复。目的:探讨干细胞工程化仿生骨膜的理化性质以及调控炎症微环境促进骨修复的作用。方法:将左旋聚乳酸基微溶胶静电纺丝、Ⅰ型胶原蛋白自组装与凝胶干细胞移植技术结合,构建核层负载血管内皮生长因子、壳层递送骨髓间充质干细胞调控骨缺损免疫微环境的仿生骨膜(M@C-B)。通过扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外光谱仪等检测骨膜的理化特性;通过仿生骨膜与巨噬细胞、骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞建立共培养体系,探讨其免疫调控、体外成骨和成血管能力;最后,在大鼠股骨髁缺损模型中进一步验证干细胞工程化仿生骨膜的成骨性能。结果与结论:①透射电镜观察显示微溶胶静电纺丝(MS)人工骨膜形成明显的核壳结构,扫描电镜观察显示负载血管内皮生长因子的微溶胶表面自组装Ⅰ型胶原蛋白(M@C)人工骨膜表面出现明显“蜘蛛网状”纤维结构沉积,红外光谱检测进一步表明Ⅰ型胶原蛋白自组装成功;释放实验证明M@C人工骨膜较MS人工骨膜缓解了突释现象的发生,维持内部血管内皮生长因子活性和长效释放;②活死荧光染色、CCK-8实验显示,骨髓间充质干细胞在MS人工骨膜、单纯定向左旋聚乳酸表面自组装Ⅰ型胶原蛋白(PLLA@C)人工骨膜以及M@C-B人工骨膜上良好增殖并存活,其中M@C-B组活细胞数目最多且增殖速率最高;③碱性磷酸酶染色、茜素红染色、骨桥蛋白免疫荧光染色显示,PLLA@C组和M@C-B组人工骨膜可显著促进骨髓间充质干细胞成骨分化;成血管实验显示,MS组、M@C-B组血管长度更长,血管样染色结构呈网状形态,交叉节点更多,其中M@C-B组更为明显;④免疫荧光和细胞流式显示,M@C-B组人工骨膜能显著抑制促炎巨噬细胞表型,促进巨噬细胞向抗炎M2表型方向极化;⑤体内研究进一步表明M@C-B组大鼠骨密度、骨小梁厚度、相对骨体积和骨小梁间隙皆优于其他组;⑥结果提示:构建的骨髓间充质干细胞工程化人工骨膜通过Ⅰ型胶原蛋白/骨髓间充质干细胞外相快速调控骨缺损免疫微环境与内相微溶胶静电纺丝核壳结构持续释放血管内皮生长因子,协同双向促进骨愈合。 展开更多
关键词 骨缺损修复 仿生骨膜 静电纺丝 血管内皮生长因子 骨髓间充质干细胞 巨噬细胞 工程化干细胞
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高含水率玉米纵轴流脱粒装置刚柔耦合结构设计与试验
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作者 张静 胡经营 +4 位作者 周正 李世龙 刘希光 何勋 张红梅 《农业工程学报》 北大核心 2026年第1期58-70,共13页
针对黄淮海地区高含水率玉米籽粒收获中籽粒破碎率高和脱净率低的突出问题,该研究提出一种基于刚柔耦合降损机理的纵轴流脱粒方案,设计“刚柔耦合脱粒元件+仿生拇指脱粒元件”协同脱粒结构,采用4组刚柔耦合元件90°均布、8组仿生元... 针对黄淮海地区高含水率玉米籽粒收获中籽粒破碎率高和脱净率低的突出问题,该研究提出一种基于刚柔耦合降损机理的纵轴流脱粒方案,设计“刚柔耦合脱粒元件+仿生拇指脱粒元件”协同脱粒结构,采用4组刚柔耦合元件90°均布、8组仿生元件45°交错的多螺旋交错排布方式优化脱粒元件与籽粒的接触特性。对脱粒装置的关键部件进行理论分析与计算,基于Hertz接触理论和离散元法,通过网格划分与坐标填充法构建含3层粘结键的柔性玉米果穗多尺度模型,并进行了力学标定验证以及两种脱粒装置的脱粒过程对比仿真,所建果穗模型可在装置内实现籽粒脱粒、芯轴弯曲和折断,验证了仿真模型和脱粒装置结构设置的准确性。通过单因素试验明确影响脱粒性能的主要因素为滚筒转速、喂入量和凹板间隙,采用Box-Behnken响应面设计试验方案,结合正交试验与响应面分析探究各因素交互作用规律,并以籽粒破碎率和未脱净率为评价指标进行台架验证试验,与黄淮海地区主流常规开式脱粒装置(刚性钉齿滚筒+栅格凹板)进行对比分析。结果表明:影响脱粒性能的主次因素顺序为滚筒转速、凹板间隙、喂入量,较优理论参数组合为滚筒转速421.77 r/min、喂入量7.80 kg/s、凹板间隙40.54 mm,此参数组合下理论籽粒破碎率与未脱净率最优值分别为3.64%、1.22%。考虑实际工程应用,凹板间隙圆整取40 mm,其余参数保持理论优化值不变,试验结果表明,本研究设计的闭式脱粒滚筒装置籽粒破碎率与未脱净率分别为3.78%、1.47%,较常规开式脱粒装置两项指标分别降低1.79和0.08个百分点,满足GB/T21962-2020脱粒性能标准要求。研究证实所提出的刚柔耦合与仿生拇指元件协同脱粒装置,能显著降低籽粒冲击损伤,可为30%~35%高含水率玉米低损收获装备的研发提供设计参考。 展开更多
关键词 玉米籽粒 脱粒装置 纵轴流 离散元 刚柔耦合 仿生拇指元件
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茶园仿生掘耕刀具设计与试验
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作者 任宁 俞国红 +2 位作者 应博凡 沈帅 陈志东 《中国农机化学报》 北大核心 2026年第1期24-30,共7页
为解决现有掘耕刀具在茶园掘耕过程中存在阻力大、能耗高的问题,基于穿山甲爪趾开展掘耕刀具结构仿生设计,利用正交试验设计刀面仿生凸棱结构,并采用离散元方法研究不同参数组合对掘耕阻力的影响水平,获得最优组合参数:凸棱宽度为5.0 mm... 为解决现有掘耕刀具在茶园掘耕过程中存在阻力大、能耗高的问题,基于穿山甲爪趾开展掘耕刀具结构仿生设计,利用正交试验设计刀面仿生凸棱结构,并采用离散元方法研究不同参数组合对掘耕阻力的影响水平,获得最优组合参数:凸棱宽度为5.0 mm,凸棱高度为3.0 mm;使用最优参数开展全仿生刀具设计及耕作仿真分析,仿真试验结果表明,使用全仿生刀具可理论减阻35.4%。通过田间试验表明,使用全仿生学设计的掘耕刀具进行茶园耕作管理,实际可减阻30.6%,整体具有较好的减阻效果;同时,开展耕深、耕深变异系数等耕作质量指标对比分析,结果显示,全仿生刀具在减阻的同时还能够保持良好的耕作质量。 展开更多
关键词 茶园 掘耕 减阻 离散元 仿生学
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仿鸮翼前网罩对环状叶轮循环扇性能的影响
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作者 吴宪鹏 魏来 +2 位作者 罗丹 康瑞祥 刘小民 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第1期127-136,共10页
为提高循环扇气动性能并降低其工作噪声,对循环扇前网罩进行了仿长耳鸮翼型设计。通过逆向工程方法提取了长耳鸮翅膀40%翼展截面处的翼型型线,结合加工工艺要求设计了循环扇的仿生前网罩。采用数值计算方法研究了仿长耳鸮翼型前网罩对... 为提高循环扇气动性能并降低其工作噪声,对循环扇前网罩进行了仿长耳鸮翼型设计。通过逆向工程方法提取了长耳鸮翅膀40%翼展截面处的翼型型线,结合加工工艺要求设计了循环扇的仿生前网罩。采用数值计算方法研究了仿长耳鸮翼型前网罩对循环扇气动性能和噪声的影响机制,并通过实验测试方法验证了带有仿长耳鸮翼型设计前网罩的循环扇性能。仿真结果表明:相比原型风扇,采用仿长耳鸮翼型前网罩的循环扇有效吹风距离更远,吹出的气流更集中,且能够提供更为均匀的风场分布;前网罩结构的仿生设计更符合经环状叶轮加速后气流的流动特性,减小了叶顶间隙及气流在格栅流道间的流动分离,从而有效抑制了涡的形成与脱落,循环扇内流动的湍动能强度大幅降低。实验结果表明:采用仿长耳鸮翼型前网罩的循环扇相比于原型循环扇在工作转速下噪声降低了1.6 dB,最大风速提升了11.6%,功率基本保持不变;在同噪声工况下,带仿鸮翼前网罩的循环扇的最大风速提升了18.1%,功率略有增大;在同风速工况下,带仿鸮翼前网罩的循环扇的噪声降低了4.2 dB,功率降幅达到24.6%。 展开更多
关键词 循环扇 仿生设计 前网罩 环状叶轮 气动性能 噪声
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仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别
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作者 刘亚男 刘凇佐 +3 位作者 方涛 马天龙 颜宏璐 凌焕章 《声学学报》 北大核心 2026年第1期310-321,共12页
针对现有水声信号特征参数无法有效识别仿海豚哨声水声通信信号调制方式的问题,提出联合多特征的仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别方法。首先,通过预处理和最小二乘多项式拟合估计海豚哨声谱轮廓;然后,基于估计的海豚哨声谱轮廓... 针对现有水声信号特征参数无法有效识别仿海豚哨声水声通信信号调制方式的问题,提出联合多特征的仿海豚哨声频率调制水声通信信号自动识别方法。首先,通过预处理和最小二乘多项式拟合估计海豚哨声谱轮廓;然后,基于估计的海豚哨声谱轮廓提取特征参数,仿真结果表明提取的特征对仿海豚哨声频率调制水声通信信号具有良好的识别能力和稳健性;最后,联合支持向量机分类器实现自动识别。湖试验证了所提方法的识别效果,分析了调制参数(码元宽度和频率偏移量)对识别率的影响。结果表明,调制的频率偏移量对平均识别率的影响更显著。当频率偏移量为50 Hz,信噪比大于5 dB时,平均识别率约90%以上;当频率偏移量不小于100 Hz,信噪比大于0 dB时,平均识别率达到95%以上。 展开更多
关键词 仿生水声通信 海豚哨声 自动调制识别 特征提取 哨声谱轮廓
原文传递
低阻力三七挖掘复合仿生铲设计与试验
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作者 王成琳 赵则栋 +3 位作者 李鹏飞 潘韦宇 张兆国 刘伟健 《农业机械学报》 北大核心 2026年第1期239-251,共13页
三七作为云南地区名贵中药材,其机械化收获存在挖掘阻力大的问题,减小挖掘阻力对提高三七机械化收获效率具有重要意义。针对这一问题,本文设计了一种新型复合仿生铲。通过理论分析确定了影响复合仿生铲挖掘阻力的因素:仿生刀长度、宽度... 三七作为云南地区名贵中药材,其机械化收获存在挖掘阻力大的问题,减小挖掘阻力对提高三七机械化收获效率具有重要意义。针对这一问题,本文设计了一种新型复合仿生铲。通过理论分析确定了影响复合仿生铲挖掘阻力的因素:仿生刀长度、宽度和高度,铲体宽度、长度和铲刃斜角,结合上述因素和标定试验获得的物理参数,使用Hertz-Mindlin(no-slip)模型设计正交试验,得出挖掘阻力最小的复合仿生铲结构参数组合。设计跟踪颗粒位移流向的仿真试验,评估所提出的复合仿生铲减阻能力和挖掘效果。采用正交试验方法进行现场试验,确定了复合仿生铲最佳工作参数组合:入土角为15°,前进速度为0.3 m/s,铲片中心间距为80 mm;得到复合仿生铲的平均挖掘阻力为1094.51 N,与平面铲、二阶铲和组合铲相比分别降低了25.30%、19.55%和10.76%。以上结果表明,所提出的复合仿生铲能够满足降低挖掘阻力、提高三七中药材机械化收获效率的需求。 展开更多
关键词 三七挖掘铲 复合仿生铲 挖掘阻力 离散元仿真 正交试验
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仿生鱼游动的耦合水动力
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作者 李亚茜 刘子洋 +4 位作者 刘业宝 吕毓华 王思琦 霍家腾 刘鹏 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2026年第1期1-11,共11页
为探究鱼体与鳍的耦合水动力机制,本文建立三维仿鱼模型,采用分区域混合网格与动网格技术对鱼体游动进行数值模拟。结果表明,鱼体可提升尾鳍推力并降低功耗,背鳍进一步减小鱼体阻力;小波数利于高速推进,大波数适合高效巡航;尾鳍摆幅增... 为探究鱼体与鳍的耦合水动力机制,本文建立三维仿鱼模型,采用分区域混合网格与动网格技术对鱼体游动进行数值模拟。结果表明,鱼体可提升尾鳍推力并降低功耗,背鳍进一步减小鱼体阻力;小波数利于高速推进,大波数适合高效巡航;尾鳍摆幅增大可提升推力但功耗增加。该研究旨在为高效水下机器人设计提供控制策略支持。 展开更多
关键词 仿鱼机器人 摆动鳍 水动力性能 耦合机制 游动模式 尾涡结构 数值模拟 波动推进
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刚柔软复合型仿鳗鱼机器人设计及数值模拟分析
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作者 张金荣 张禹 +2 位作者 赵文川 王宁 彭龄慧 《机械工程师》 2026年第1期50-54,59,共6页
为了能够达到灵活性更好、柔顺性更高的推进效果,以鳗鱼为研究对象,根据鳗鱼游动机理,采用刚性和柔性相结合的设计方法,设计复合型仿鳗鱼机器人结构,能够实现仿鳗鱼身体波动。根据CFD数值模拟算法,并利用动网格技术对仿鳗鱼机器人的自... 为了能够达到灵活性更好、柔顺性更高的推进效果,以鳗鱼为研究对象,根据鳗鱼游动机理,采用刚性和柔性相结合的设计方法,设计复合型仿鳗鱼机器人结构,能够实现仿鳗鱼身体波动。根据CFD数值模拟算法,并利用动网格技术对仿鳗鱼机器人的自主游动行为进行仿真模拟,揭示鳗鱼的推进机理。根据仿真结果得出仿鳗鱼机器人的摆动可产生周期性推进力,并计算得出水动力系数的变化,结果满足水下运动的要求。通过设置不同的来流角度,观察来流参数对流场的影响,并确定当来流角度与游动角度成90°时所受阻力最小。研究结果能够为仿鳗鱼机器人的优化设计和控制策略提供理论参考。 展开更多
关键词 鳗鱼机器人 刚柔软 运动仿生 动网格
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仿生功能涂层改善钛植入体与皮肤组织界面的整合
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作者 谭婧 李莉 +1 位作者 王亮亮 秦祥宇 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第8期2014-2022,共9页
背景:经皮钛植入体的长期稳定性受限于皮肤-植入体界面动态整合机制缺失,表皮向下迁移导致的屏障功能衰退及继发感染等问题制约了其临床应用。尽管表面改性策略显著提升了钛材料的骨整合能力,但对皮肤组织界面的生物学调控仍存在挑战。... 背景:经皮钛植入体的长期稳定性受限于皮肤-植入体界面动态整合机制缺失,表皮向下迁移导致的屏障功能衰退及继发感染等问题制约了其临床应用。尽管表面改性策略显著提升了钛材料的骨整合能力,但对皮肤组织界面的生物学调控仍存在挑战。目的:开发一种基于钛亲和多肽的仿生功能涂层,改善钛植入体-皮肤组织界面整合。方法:通过酸碱两步法对纯钛片进行酸碱处理,随后浸泡于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列修饰的钛亲和多肽溶液中,在钛片表面制备仿生涂层。检测酸碱处理钛片、仿生涂层改性钛片表面的蛋白吸附与释放情况。将酸碱处理钛片、仿生涂层改性钛片分别与金黄色葡萄球菌共培养,扫描电镜观察黏附,活/死染色检测细菌存活情况。将酸碱处理钛片、仿生涂层改性钛片分别与小鼠成纤维细胞共培养,CCK-8法检测增殖,鬼笔环肽染色检测细胞黏附,划痕实验检测细胞迁移,免疫荧光染色检测Ⅰ型胶原蛋白和转化生长因子β表达,ELISA法检测细胞上清液中Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白水平,qRT-PCR检测Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白、转化生长因子β、α平滑肌肌动蛋白和血管内皮生长因子mRNA表达。结果与结论:①仿生涂层改性钛片在蛋白质吸附动力学方面展现出显著优势:与酸碱处理钛片相比,仿生涂层改性钛片表面在60 min内的蛋白质吸附率波动较小,并且在PBS中的蛋白质释放速率较为平稳,与蛋白质的结合更为牢固;②扫描电镜下可见两组钛片表面均黏附一定量细菌,并且细菌形态较为完整,呈球状,但活死染色显示仿生涂层改性钛片表面的细菌存活率较低;③小鼠成纤维细胞可在两组钛片表面增殖、黏附与铺展,其中仿生涂层改性钛片可促进小鼠成纤维细胞的迁移,免疫荧光染色显示两组钛片可促进Ⅰ型胶原蛋白和转化生长因子β的表达,ELISA检测显示仿生涂层改性钛片可延缓Ⅰ型胶原蛋白的过早沉积,qRT-PCR检测显示仿生涂层改性钛片可提升Ⅲ型胶原蛋白和转化生长因子βmRNA表达;④结果表明,仿生涂层改性可提高钛片表面蛋白质吸附与释放的稳定性、有效抑制细菌黏附与增殖、促进成纤维细胞迁移与创面修复相关因子的表达。 展开更多
关键词 经皮钛植入体 钛亲和多肽 仿生涂层 表面改性 生物密封 界面整合 抗菌性能 组织修复
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仿生可折叠机构的设计与仿真
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作者 陆术华 李新 +4 位作者 严天昊 许志媛 王梦茹 崔文欣 阮丹红 《机械工程师》 2026年第1期45-49,共5页
为了解决目前可展机械结构存在自由度冗余、折叠率低和不能实现轻量化等问题,以仿生空间可折叠帆板为例,基于甲虫后翅折叠机理设计的“多板”折叠模型的折叠性能进行ADAMS模拟;并对折叠机构的模态响应特性进行ANSYS分析,该结果对实物样... 为了解决目前可展机械结构存在自由度冗余、折叠率低和不能实现轻量化等问题,以仿生空间可折叠帆板为例,基于甲虫后翅折叠机理设计的“多板”折叠模型的折叠性能进行ADAMS模拟;并对折叠机构的模态响应特性进行ANSYS分析,该结果对实物样机的制作具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 折叠运动 折叠机理 动力学分析 模态特性 仿生设计
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Significance and Progress of Bionics 被引量:50
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作者 Yongxiang Lu Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, P.R. China 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2004年第1期1-3,共3页
The four topics are described including the driving force and source of the scientific and technological creation, the definition and history of the bionics, the important significance of bionics in the development of... The four topics are described including the driving force and source of the scientific and technological creation, the definition and history of the bionics, the important significance of bionics in the development of the human beings, and the leading edge and progress of bionics. The appetency of human for the creation is the essential motivity of the innovation in science and technology. Nature and society are the objects for us to cognize and serve, meanwhile, the best teachers for us to learn from them. It is only 5 million years for human's development, but evolution of life has over 3.5 billion years history. Although, copying the creation from the human being is important, however, it has much more potential and opportunity in imitating the nature, and more possibility to promote the ability of original innovation. The significance and progress of bionics are summarized, in this paper, and the leading edges of bionics, in the near future, are forecasted. 展开更多
关键词 bionicS INNOVATION CREATION science and technology
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Superhydrophobicity of Bionic Alumina Surfaces Fabricated by Hard Anodizing 被引量:20
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作者 Jing Li Feng Du +2 位作者 Xianli Liu Zhonghao Jiang Luquan Ren 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2011年第4期369-374,共6页
Bionic alumina samples were fabricated on convex dome type aluminum alloy substrate using hard anodizing technique. The convex domes on the bionic sample were fabricated by compression molding under a compressive stre... Bionic alumina samples were fabricated on convex dome type aluminum alloy substrate using hard anodizing technique. The convex domes on the bionic sample were fabricated by compression molding under a compressive stress of 92.5 MPa. The water contact angles of the as-anodized bionic samples were measured using a contact angle meter (JC2000A) with the 3μL water drop at room temperature. The measurement of the wetting property showed that the water contact angle of the unmodi- fied as-anodized bionic alumina samples increases from 90° to 137° with the anodizing time. The increase in water contract angle with anodizing time arises from the gradual formation of hierarchical structure or composite structure. The structure is composed of the micro-scaled alumina columns and pores. The height of columns and the depth of pores depend on the ano- dizing time. The water contact angle increases significantly from 96° to 152° when the samples were modified with self-assembled monolayer of octadecanethiol (ODT), showing a change in the wettability from hydrophobicity to su- per-hydrophobicity. This improvement in the wetting property chemical modification. is attributed to the decrease in the surface energy caused by the 展开更多
关键词 bionic surface SUPERHYDROPHOBICITY aluminum alloy ANODIZING
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Design Principles of the Non-smooth Surface of Bionic Plow Moldboard 被引量:28
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作者 Luquan Ren, Shiqiao Deng, Jingchun Wang, Zhiwu Han Key Laboratory of Terrain-Machine Bionics Engineering (Ministry of Education,China), Jilin University at Nanling Campus, Changchun 130022,P.R. China 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2004年第1期9-19,共11页
The diverse non-smooth body surfaces to reduce soil adhesion are the evolutional results for the soil animals to fit the adhesive and wet environment and can be used as a biological basis for the design of bionic plow... The diverse non-smooth body surfaces to reduce soil adhesion are the evolutional results for the soil animals to fit the adhesive and wet environment and can be used as a biological basis for the design of bionic plow moldboard. The model surfaces for bionic simulation should be taken from soil animal digging organs, on which the soil motion is similar to what is on the surface of moldboard. By analyzing the distribution of non-smooth units on the body surface of the ground beetle jaw and the soil moving stresses, the design principles of the bionic moldboard for the local and the whole moldboard were presented respectively. As well, the effect of soil moving speed on reducing adhesion, the dimensions relationship between soil particles and non-smooth convexes, the relationship between the enveloping surface of non-smooth convexes and the initial smooth surface of the plow body, and the convex types of the sphere coronal and the pangolin scales,etc.were discussed. 展开更多
关键词 bionicS plow moldboard non-smooth surface design principle
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Dynamic Bending of Bionic Flexible Body Driven by Pneumatic Artificial Muscles(PAMs) for Spinning Gait of Quadruped Robot 被引量:20
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作者 LEI Jingtao YU Huangying WANG Tianmiao 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期11-20,共10页
The body of quadruped robot is generally developed with the rigid structure. The mobility of quadruped robot depcnds on the mechanical properties of the body mechanism, It is difficult for quadruped robot with rigid s... The body of quadruped robot is generally developed with the rigid structure. The mobility of quadruped robot depcnds on the mechanical properties of the body mechanism, It is difficult for quadruped robot with rigid structure to achieve better mobility walking or running in the unstructured environment. A kind of bionic flexible body mechanism for quadruped robot is proposed, which is composed of one bionic spine and four pneumatic artificial muscles(PAMs). This kind of body imitates the four-legged creatures' kinematical structure and physical properties, which has the characteristic of changeable stiff'hess, lightweight, flexible and better bionics. The kinematics of body bending is derived, and the coordinated movement between the flexible body and legs is analyzed. The relationship between the body bending angle and the PAM length is obtained. The dynamics of the body bending is derived by the floating coordinate method and Lagrangian method, and the driving tbrce of PAM is determined. The experiment of body bending is conductcd, and the dynamic bending characteristic of bionic flexible body is evaluated. Experimental results show that the bending angle of the bionic flexible body can reach 18. An innovation body mechanism for quadruped robot is proposed, which has the characteristic of flexibility and achieve bending by changing gas pressure of PAMs. The coordinated movement of the body and legs can achieve spinning gait in order to improve the mobility of quadruped robot. 展开更多
关键词 quadruped robot bionic flexible body PAM spinning gait DYNAMICS
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Bionic Mechanism and Kinematics Analysis of Hopping Robot Inspired by Locust Jumping 被引量:21
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作者 Diansheng Chen Junmao Yin Kai Zhao Wanjun Zheng Tianmiao Wang 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2011年第4期429-439,共11页
A flexible-rigid hopping mechanism which is inspired by the locust jumping was proposed, and its kinematic characteris- tics were analyzed. A series of experiments were conducted to observe locust morphology and jumpi... A flexible-rigid hopping mechanism which is inspired by the locust jumping was proposed, and its kinematic characteris- tics were analyzed. A series of experiments were conducted to observe locust morphology and jumping process. According to classic mechanics, the jumping process analysis was conducted to build the relationship of the locust jumping parameters. The take-offphase was divided into four stages in detail. Based on the biological observation and kinematics analysis, a mechanical model was proposed to simulate locust jumping. The forces of the flexible-rigid hopping mechanism at each stage were ana- lyzed. The kinematic analysis using pseudo-rigid-body model was described by D-H method. It is confirmed that the proposed bionic mechanism has the similar performance as the locust hind leg in hopping. Moreover, the jumping angle which decides the jumping process was discussed, and its relation with other parameters was established. A calculation case analysis corroborated the method. The results of this paper show that the proposed bionic mechanism which is inspired by the locust hind limb has an excellent kinematics performance, which can provide a foundation for design and motion planning of the hopping robot. 展开更多
关键词 hopping robot flexible-rigid mechanism bionic mechanism KINEMATICS
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Lightweight Design and Verification of Gantry Machining Center Crossbeam Based on Structural Bionics 被引量:29
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作者 Ling Zhao Jianfeng Ma +1 位作者 Wuyi Chen Hongliang Guo 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2011年第2期201-206,共6页
The lightweight and high efficiency of natural structures are the inexhaustible sources for engineering improvements. The goal of the study is to find innovative solutions for mechanical lightweight design through the... The lightweight and high efficiency of natural structures are the inexhaustible sources for engineering improvements. The goal of the study is to find innovative solutions for mechanical lightweight design through the application of structural bionic approaches. Giant waterlily leaf ribs and cactus stem are investigated for their optimal framework and superior performance. Their structural characteristics are extracted and used in the bio-inspired design of Lin MC6000 gantry machining center crossbeam. By mimicking analogous network structure, the bionic model is established, which has better load-carrying capacity than conventional distribution. Finite Element Method (FEM) is used for numerical simulation. Results show better specific stiffness of the bionic model, which is increased by 17.36%. Finally the scaled models are fabricated by precision casting for static and dynamic tests. The physical experiments are compared to numerical simulation. The results show that the maximum static deformation of the bionic model is reduced by about 16.22%, with 3.31% weight reduction. In addition, the first four natural frequencies are improved obviously. The structural bionic design is a valuable reference for updating conventional mechanical structures with better performance and less material consumption. 展开更多
关键词 lightweight design crossbeam structural bionics finite element method giant waterlily leaf
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