機械仿生技術

圖書簡介

在自然界中，生物經過億萬年的進化，對生存環境具有高度的適應性。生物的感知、指令、決策、反饋、運動等機能和外部器官的結構為新產品最佳化設計和發明創造提供了靈感，為人類解決科技難題提供了仿效對象，以此創造出的新理論和新技術，對仿生機械工程、生物製造工程、組織工程、醫學工程等相關工程學科的發展具有重大促進作用。

本書對仿生行走技術、仿生脫粒技術、仿生變色技術三方面進行了詳細的論述。仿山羊坡地行走機構設計為今後仿山羊坡地行走機構物理樣機的結構設計提供了有力的參考依據；仿鳥類喙部離散玉米、人類手工脫粒玉米機理的玉米果穗籽粒低損傷仿生脫粒設計為低損傷玉米種子脫粒機研究提供理論依據；仿蝴蝶鱗片結構色變色機理的仿生多層膜結構設計為仿生變色結構設計提供理論基礎。

本著作理論與實踐相結合，內容新穎，圖文並茂，具有先進性、針對性和實用性的特點。可作為高等普通院校機械類工科專業有關仿生技術的教材，也可作為工程技術人員或相關研究者從事仿生設計和分析的技術參考書。

前言

本書主要取材於國家自然科學基金項目、河南省科技攻關項目等資助下取得的成果和作者及其研究團隊在國內外期刊與會議上發表的學術論文。

在自然界中，生物經過億萬年的進化，對生存環境具有高度的適應性。生物在信息處理、控制調節、能量轉換、方位辨別、導航和探測等方面，有著不可比擬的優點。生物的感知、指令、決策、反饋、運動等機能和外部器官的結構為新產品最佳化設計和發明創造提供了靈感，為人類解決科技難題提供了仿效對象，以此創造出的新理論和新技術使得仿生學得以誕生和發展。仿生學是研究生物系統的結構、性狀、原理、行為以及相互作用，為工程技術提供新的設計思想、工作原理和系統構成的技術科學，是一門生物科學、物質科學、數學與力學、信息科學、工程技術以及系統科學等學科的交叉學科。仿生學研究是生命科學、物質科學、信息科學、腦與認知科學、工程技術、數學與力學以及系統科學等多學科的相互滲透和交叉；同時，仿生學的研究發展對仿生機械工程、生物製造工程、組織工程、醫學工程等相關工程學科的發展具有重大促進作用。總之，仿生學為科技創新提供了新思路、新理論和新方法。

本書共5章，主要對仿生行走技術、仿生脫粒技術、仿生變色技術、仿生矯形技術等進行了詳細的論述。第1章概述了仿生四足機器人、種子玉米脫粒、生物結構色與變色、頸椎假體設計、鞘翅結構與複合材料的發展現狀；第2章介紹了山羊坡地行走步態，設計了仿山羊坡地行走機構，對行走機構進行了三維動態仿真分析，為今後仿山羊坡地行走機構物理樣機的結構設計提供了有力的參考依據；第3章從研究玉米籽粒的機械損傷入手，通過鳥類喙部離散玉米、人類手工脫粒玉米的機理分析，以及玉米籽粒間“循環力圈”的生物學、力學特性等系列試驗，找出玉米果穗籽粒低損傷仿生脫粒與仿生脫粒方式之間的關係，進而為仿生設計低損傷玉米種子脫粒機提供理論依據；第4章通過對典型蝴蝶鱗片的形態和結構進行較為系統的研究，揭示了其結構色的形成機理，設計了變色試驗，通過改變入射角度和填充介質兩種方法研究了蝴蝶鱗片的變色現象，建立了其光學性能的物理模型，構建了ABA型121組合的仿生多層膜結構，為仿生變色結構設計提供理論基礎；第5章結合仿生學原理，設計更加具有人體生理功能的人工假體或關節，將仿生矯形技術這一思想更好地滲透到外科矯形手術當中，可以為外科醫生實施手術提供理論依據。

機械仿生技術

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