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A Mechanical Model for the Adhesion of Spiders to Nominally Flat Surfaces 被引量:5
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作者 Alessandro Gasparetto Tobias Seidl Renato Vidoni 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2009年第2期135-142,共8页
In dry attachment systems of spiders and geckos, van der Waals forces mediate attraction between substrate and animal tarsus. In particular, the scopula of Evarcha arcuata spiders allows for reversible attachment and ... In dry attachment systems of spiders and geckos, van der Waals forces mediate attraction between substrate and animal tarsus. In particular, the scopula of Evarcha arcuata spiders allows for reversible attachment and easy detachment to a broad range of surfaces. Hence, reproducing the scopula's roughness compatibility while maintaining anti-bunching features and dirt particle repellence behavior is a central task for a biomimetic transfer to an engineered model. In the present work we model the scopula of E. arcuata from a mechano-elastic point of view analyzing the influence of its hierarchical structure on the attachment behavior. By considering biological data of the gecko and spider, and the simulation results, the adhesive capabilities of the two animals are compared and important confirmations and new directives in order to reproduce the overall structure are found. Moreover, a possible suggestion of how the spider detaches in an easy and fast manner is proposed and supported by the results. 展开更多
关键词 bionicS SPIDER dry adhesion mechano-elastic model hierarchical structure
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基于仿生黏附阵列结构的空间机器人附着装置设计与分析
2
作者 李天恩 陈荣 +2 位作者 张琦 张翔 刘红卫 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第4期93-99,共7页
为确保空间站长期安全稳定运行,需对空间站外表面及其附属设备开展常态化巡检。攀爬机器人具有自主灵活的运动特性,能够适应太阳能电池板、舱体外壁及桁架结构等多种空间环境,是执行巡检任务的理想选择,其中机器人足端的可靠吸附与脱离... 为确保空间站长期安全稳定运行,需对空间站外表面及其附属设备开展常态化巡检。攀爬机器人具有自主灵活的运动特性,能够适应太阳能电池板、舱体外壁及桁架结构等多种空间环境,是执行巡检任务的理想选择,其中机器人足端的可靠吸附与脱离控制是实现该功能的关键技术挑战。针对空间站表面巡检任务需求,设计一种机器人末端附着装置。该装置主要由主体支撑结构、装置外壳和可逆黏脱附机构组成,其中,可逆黏脱附机构末端配置了仿生微纳米楔形黏附层,可实现对空间表面的稳定黏附。借鉴壁虎足端黏附机理,建立楔形结构与光滑表面的接触力学模型及楔形阵列结构与粗糙表面的接触模型。在上述结构基础上,进行黏附力测力装置三维设计并搭建黏附力测试平台。实验结果表明,在预压力作用下,该附着装置可对目标表面施加3.10 N的法向黏附力和12.63 N的切向黏附力,验证了可控黏附与脱附装置在空间站表面巡检机器人任务中应用的有效性。本文研究成果将为未来空间站表面巡检机器人任务实施提供必要的技术支撑。 展开更多
关键词 空间巡检机器人 末端附着装置 仿生楔形黏附结构 力学模型 黏附力
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Cutting performance of surgical electrodes by constructing bionic microstriped structures 被引量:1
3
作者 Kaikai LI Longsheng LU +4 位作者 Huaping CHEN Guoxiang JIANG Huanwen DING Min YU Yingxi XIE 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第1期163-178,共16页
Surgical electrodes rely on thermal effect of high-frequency current and are a widely used medical tool for cutting and coagulating biological tissue.However,tissue adhesion on the electrode surface and thermal injury... Surgical electrodes rely on thermal effect of high-frequency current and are a widely used medical tool for cutting and coagulating biological tissue.However,tissue adhesion on the electrode surface and thermal injury to adjacent tissue are serious problems in surgery that can affect cutting performance.A bionic microstriped structure mimicking a banana leaf was constructed on the electrode via nanosecond laser surface texturing,followed by silanization treatment,to enhance lyophobicity.The effect of initial,simple grid-textured,and bionic electrodes with different wettabilities on tissue adhesion and thermal injury were investigated using horizontal and vertical cutting modes.Results showed that the bionic electrode with high lyophobicity can effectively reduce tissue adhesion mass and thermal injury depth/area compared with the initial electrode.The formation mechanism of adhered tissue was discussed in terms of morphological features,and the potential mechanism for antiadhesion and heat dissipation of the bionic electrode was revealed.Furthermore,we evaluated the influence of groove depth on tissue adhesion and thermal injury and then verified the antiadhesion stability of the bionic electrode.This study demonstrates a promising approach for improving the cutting performance of surgical electrodes. 展开更多
关键词 surgical electrodes tissue adhesion thermal injury bionic structures cutting performance medical tools
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仿壁虎脚趾结构设计及粘附运动性能测试 被引量:19
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作者 俞志伟 李宏凯 +2 位作者 张晓峰 张昊 戴振东 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第21期7-13,共7页
壁虎具有在各种表面(如地面、墙面、天花板)上运动的超凡能力。根据大壁虎的脚趾结构及其粘附方式,模拟大壁虎脚趾,设计具有微小粘性褶皱和柔性悬臂结构的仿壁虎脚趾。用多用途摩擦粘附性能试验台,测定仿壁虎脚趾的粘附性能,即仿壁虎脚... 壁虎具有在各种表面(如地面、墙面、天花板)上运动的超凡能力。根据大壁虎的脚趾结构及其粘附方式,模拟大壁虎脚趾,设计具有微小粘性褶皱和柔性悬臂结构的仿壁虎脚趾。用多用途摩擦粘附性能试验台,测定仿壁虎脚趾的粘附性能,即仿壁虎脚趾最大拉伸粘附力大小与粘附次数、拉伸角度、粘附轨迹等参数的关系。试验表明模拟壁虎脚趾研制的新型粘附脚趾具有和生物壁虎脚趾相近的粘附力学特性。将此脚趾用于仿壁虎机器人,成功地实现了仿壁虎机器人的90o爬壁。 展开更多
关键词 仿壁虎脚趾 结构设计 粘附运动 性能测试
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驱动滚筒包胶表面形貌仿生设计 被引量:5
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作者 肖林京 李全 隋秀华 《煤矿机械》 北大核心 2010年第1期16-19,共4页
阐述了带式输送机驱动滚筒的摩擦传动原理,基于挠性体摩擦传动的欧拉公式提出增大摩擦牵引力的3种途径。从生物攀爬附着现象中得到启示,从仿生学角度出发,提出了改善滚筒包胶表面形貌的新思路。以树蛙、螽斯的足垫为原型,分析其微观结... 阐述了带式输送机驱动滚筒的摩擦传动原理,基于挠性体摩擦传动的欧拉公式提出增大摩擦牵引力的3种途径。从生物攀爬附着现象中得到启示,从仿生学角度出发,提出了改善滚筒包胶表面形貌的新思路。以树蛙、螽斯的足垫为原型,分析其微观结构形貌,运用相似工程学原理设计出一种具有六边形凸包的滚筒包胶结构,以求能够增大接触面的摩擦力,并用Pro/E软件建立了该结构的实体模型。 展开更多
关键词 摩擦传动 滚筒包胶 附着足垫 仿生结构
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受猪笼草启发的多孔微腔低冰黏附防除冰表面 被引量:2
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作者 向科峰 尹欢 +3 位作者 宋岳干 杨益 李国强 赖林 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期313-320,共8页
目的 提高光滑液体注入表面(SLIPS)的防/除冰耐用性。方法 将镍箔完全浸没在无水乙醇中,使用飞秒激光照射无水乙醇环境中的镍箔表面诱导出立体多孔纳米微腔阵列结构,并使用氟硅烷改性增加表面对硅油的亲和力,最后用50 cSt的硅油旋涂在... 目的 提高光滑液体注入表面(SLIPS)的防/除冰耐用性。方法 将镍箔完全浸没在无水乙醇中,使用飞秒激光照射无水乙醇环境中的镍箔表面诱导出立体多孔纳米微腔阵列结构,并使用氟硅烷改性增加表面对硅油的亲和力,最后用50 cSt的硅油旋涂在改性后的表面上。通过扫描电镜和光学显微镜对立体多孔纳米微腔结构进行形貌分析,并通过延缓结冰试验、冰黏附强度测试和高温蒸发试验,分别评价该SLIPS的延缓结冰性能、冰黏附强度和防除冰耐用性。结果 在立体多孔纳米微腔结构的毛细作用下,具有亲油憎水性的立体多孔纳米微腔表面上的蒸馏水滴也会被钉扎。相比非结构化表面,该SLIPS将延缓结冰时间提升了2.8倍,同时,在低温高湿度环境中,实现了冷凝水的自去除。在80℃高温环境下的蒸发10 min后进行结冰/除冰操作,10个周期后,该SLIPS的接触角(θ_(CA))为110°,滑动角(θ_(SA))为8.5°,以及冰黏附强度参数(τ_(ice))为3.6 kPa。结论 利用飞秒激光加工无水乙醇环境中的镍箔表面生成的立体纳米多孔微腔阵列结构能够减少SLIPS表面的润滑剂损失,可有效提高防除冰SLIPS的耐用性。 展开更多
关键词 仿生 飞秒激光直写 纳米微腔结构 SLIPS 低冰黏附 防冰 除冰
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仿生多面体型几何结构镇压辊的设计与试验 被引量:6
7
作者 张清珠 李默 +5 位作者 张金波 李兵 魏玉兰 徐云杰 佟金 张智泓 《农机化研究》 北大核心 2020年第6期154-159,共6页
针对传统镇压辊粘附土壤、阻力大和壅土问题,基于穿山甲体表鳞片的多边形几何结构,分别设计了正12面体、正15面体和正18面体3种仿生多面体型几何结构镇压辊,制造材料选用Q235。以粘附土壤量、牵引阻力、种子粒距变化率、土壤容重为指标... 针对传统镇压辊粘附土壤、阻力大和壅土问题,基于穿山甲体表鳞片的多边形几何结构,分别设计了正12面体、正15面体和正18面体3种仿生多面体型几何结构镇压辊,制造材料选用Q235。以粘附土壤量、牵引阻力、种子粒距变化率、土壤容重为指标,在室内土槽考察了土壤干基含水率分别为20%和28%时3种仿生几何结构镇压辊在载荷分别为300、500、700N下的镇压效果,并与传统镇压辊对比。结果表明:正12面体仿生镇压辊的种子粒距变化率最低,比传统镇压辊降低了33.19%,即防壅土效果最好,但它却没达到减粘降阻的效果。分别将超高分子量聚乙烯、搪瓷涂层这两种疏水材料分别用于正12面体仿生几何结构镇压辊,通过与传统镇压辊的对比试验证实,采用疏水材料的这两种仿生镇压辊均能达到减粘降阻的效果,镇压辊表面采用超高分子量聚乙烯时粘附土壤量最少,与传统镇压辊相比降低了33.22%;镇压辊表面喷涂搪瓷涂层时阻力最低,与传统镇压辊相比降低了17.87%。该研究结果可为农业机械触土部件表面减粘降阻及防壅土的仿生设计提供参考。 展开更多
关键词 仿生镇压辊 多面体型几何结构 粒距变化率 减粘降阻 土壤压实
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新型钛表面微纳米共存梯度仿生结构对骨髓间充质细胞黏附、增殖及成骨分化的影响 被引量:2
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作者 王旻 姜楠 祝颂松 《口腔疾病防治》 2021年第4期226-233,共8页
目的制备一种新型微纳米共存梯度仿生表面结构,并探究其对骨髓间充质细胞生物学活性的影响。方法通过放电等离子烧结法和阳极氧化处理分别在纯钛表面(纯钛组)制备微米骨小梁样结构(微米骨小梁组)和TiO2纳米管形貌(TiO2纳米管组);再通过... 目的制备一种新型微纳米共存梯度仿生表面结构,并探究其对骨髓间充质细胞生物学活性的影响。方法通过放电等离子烧结法和阳极氧化处理分别在纯钛表面(纯钛组)制备微米骨小梁样结构(微米骨小梁组)和TiO2纳米管形貌(TiO2纳米管组);再通过阳极氧化法在微米骨小梁样结构上制备TiO2纳米管结构,形成新型微纳米共存梯度仿生表面结构,命名为微纳米复合钛组。应用扫描电子显微镜(scanning elec⁃tronmicroscopy,SEM)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)、接触角(contact angle,CA)测量对纯钛组、微米骨小梁组、TiO2纳米管组和微纳米复合钛组进行表征观察。将大鼠骨髓间充质细胞(bone marrow mesenchymal cells,BMMCs)接种于4组材料上,SEM观察细胞黏附情况;MTT法检测细胞在材料表面增殖能力;碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性检测细胞在材料表面分化能力;共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)下观察细胞黏附、免疫荧光检测相关蛋白肌动蛋白(F⁃actin)、黏着斑蛋白(vincu⁃lin)、骨钙素(osteocalcin,OCN)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达;qRT⁃PCR观察细胞成骨转录因子RUNX2、OCN、OPN、I型胶原(collagen I,COLI)表达情况。结果微纳米复合钛组表面亲水性最好(CA为9°±2.1°);MTT结果示5~9 d,微纳米复合钛组和TiO2纳米管组的细胞增殖活性显著高于纯钛组和微米骨小梁组(P<0.001);ALP结果示14 d时,微纳米复合钛组表面ALP活性最高;CLSM结果示培养24 h后,微纳米复合钛组肌动蛋白(F⁃actin)染色最深;培养72 h后,微纳米复合钛组OCN、OPN表达强于微米骨小梁组和TiO2纳米管组。qRT⁃PCR结果示TiO2纳米管组和微纳米复合钛组表面细胞所有成骨转录因子RUNX2、OCN、OPN、COLI的基因表达水平强于纯钛组和微米骨小梁组,其中I型胶原COLI基因表达水平差异有统计学意义(P<0.001)。结论微纳米复合钛这种新型微纳米共存梯度仿生表面结构能有效促进骨髓间充质细胞黏附、增殖及成骨向分化。 展开更多
关键词 微纳米结构 TIO2纳米管 仿生 表面处理 种植体 骨髓间充质细胞 细胞黏附 细胞增殖 成骨分化 放电等离子烧结 阳极氧化处理
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击剑防护面罩纯钛结构用树脂胶粘剂粘接强度研究
9
作者 顾静霞 《化学与粘合》 2025年第3期319-323,342,共6页
为探究击剑防护面罩纯钛结构用树脂胶粘剂粘接强度,实施一系列粘接强度试验。使用干净的布或棉签蘸取适量丙酮,轻轻擦拭粘固区域,以去除表面的油脂和残留物,确保丙酮完全挥发,避免残留。使用喷枪将氧化铝微粒均匀喷在黏固区域,使微粒充... 为探究击剑防护面罩纯钛结构用树脂胶粘剂粘接强度,实施一系列粘接强度试验。使用干净的布或棉签蘸取适量丙酮,轻轻擦拭粘固区域,以去除表面的油脂和残留物,确保丙酮完全挥发,避免残留。使用喷枪将氧化铝微粒均匀喷在黏固区域,使微粒充分填充微小孔隙,增强黏附力。轻轻吹去多余的微粒,保持表面整洁。分别将MDP、硅烷偶联剂以及新型贻贝仿生单体作为表面处理试剂。利用三种树脂胶粘剂分别实施粘接。测试拉伸强度、剥离强度、剪切强度、持久强度和疲劳强度。新型贻贝仿生单体在所有测试项目中均表现出优于MDP和硅烷偶联剂的性能。催化剂比例在20%~30%范围内粘接强度最佳。在90~100 min的固化照射时间内,各项强度测试均表现出较优的结果。RelyX^(TM)Unicem树脂胶粘剂均表现出最优的性能。树脂胶粘剂种类、固化照射时间、催化剂比例以及表面处理试剂种类均会影响粘接强度。 展开更多
关键词 击剑防护面罩 纯钛结构 树脂胶粘剂 粘接强度 新型贻贝仿生单体 固化照射时间
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煤炭输送带表面对煤粉的仿生脱附研究
10
作者 李晶 徐成宇 曾丽娜 《机械传动》 CSCD 北大核心 2013年第8期63-65,共3页
分析了煤炭带式输送机输送带表面与煤粉粘附现象,从生物体表自洁现象中得到启示,利用生物仿生学原理,提出改善输送带表面形貌以达到与煤粉脱附的目的。以荷叶表面结构形貌为原型,分析其微观结构形貌,运用相似工程学原理设计出一种具有... 分析了煤炭带式输送机输送带表面与煤粉粘附现象,从生物体表自洁现象中得到启示,利用生物仿生学原理,提出改善输送带表面形貌以达到与煤粉脱附的目的。以荷叶表面结构形貌为原型,分析其微观结构形貌,运用相似工程学原理设计出一种具有凸包结构的输送带表面形貌,以达到有效脱附煤粉,并建立该结构的实体模型。 展开更多
关键词 输送带 表面 脱附 仿生结构
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微结构功能表面的应用及制造 被引量:19
11
作者 杨辉 张彬 张利鹏 《航空精密制造技术》 2015年第5期1-6,19,共7页
物体表面具有一些特定形状的微结构特征从而使该物体具有了一些特定的物理、化学等功能,这种具有一定功能的微结构特征称之为微结构功能表面,其具有的超疏水、减阻、隐身等特性在航空、航天以及平板显示、照明、太阳能等领域有着广泛应... 物体表面具有一些特定形状的微结构特征从而使该物体具有了一些特定的物理、化学等功能,这种具有一定功能的微结构特征称之为微结构功能表面,其具有的超疏水、减阻、隐身等特性在航空、航天以及平板显示、照明、太阳能等领域有着广泛应用前景。本文在分析微结构功能表面机理和应用的基础上,比较了微结构特征不同加工工艺的特点,超精密机械加工工艺也成为微结构特征的一种重要加工方式。 展开更多
关键词 微结构特征 超疏水结构 减阻 仿生 超精密切削
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