仿生機(jī)械學(xué)概論ppt課件-文庫吧資料
2025-05-10 18:10本頁面
【正文】 的 。 從運(yùn)動(dòng)能量消耗最優(yōu)性的觀點(diǎn)對生物體的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 、 結(jié)構(gòu)和功能等進(jìn)行分析 、研究 ， 特別是對有關(guān)能量的傳遞與變換的研究 ， 是很有意義的 。 另外 ， 若能從包含有力學(xué)問題的綜合觀點(diǎn)對復(fù)雜的動(dòng)作和作業(yè)進(jìn)行分析 ， 對下述的康復(fù)工程研究將有很大幫助 。 25 3．生物運(yùn)動(dòng)學(xué) 生物的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜 ， 因?yàn)樗c骨骼和肌肉的力學(xué)現(xiàn)象 、 感覺反饋及中樞控制牽連在一起 。 六、仿生機(jī)械學(xué)的研究動(dòng)向 24 2．生物流體力學(xué) 它主要涉及生物體的循環(huán)系統(tǒng) 。 另外 ， 生物的形態(tài)通過億萬年的進(jìn)化 ， 往往具有最優(yōu)的評價(jià)函數(shù) ， 例如人體骨骼系統(tǒng)具有最少材料 、 最大強(qiáng)度的構(gòu)造形態(tài) 。 22 23 1．生物材料力學(xué)和機(jī)械力學(xué) 它以骨或軟組織 (肌肉 、 皮膚及與交通事故有關(guān)的腦組織等 )作為對象 ， 通過模型實(shí)驗(yàn)方法 ， 測定其應(yīng)力 、 變形特性 ， 求出應(yīng)力分布規(guī)律 。這使他恍然大悟：河下施工也可以象這種小蟲找個(gè)保護(hù)殼 … 用空心鋼柱打入河底，以此為“構(gòu)盾”，邊掘進(jìn)邊延伸，在構(gòu)盾的保護(hù)下進(jìn)行施工，此即“構(gòu)盾施工法”。 1820年，英國要在泰晤士河底建造隧道，由于土質(zhì)條件很差，用傳統(tǒng)的支護(hù)開挖法，因河底松軟、滲水而易塌方，施工極為困難，工程師布臺內(nèi)感到一籌莫展。此外，在通過化學(xué)途徑的人工模擬酶、人工模擬生物固氯、人上模擬光合作用等方面，也正在醞釀著新的重要突破。 19 4，化學(xué)仿生 主要是通過研究模擬生物酶的催化作用、生物的化學(xué)合成、選擇性膜和能量轉(zhuǎn)換等，來構(gòu)思和創(chuàng)造高效催化劑等化學(xué)產(chǎn)品、化學(xué)工藝以及新材料、新能源等。對額頑肌的模擬，圓滿地解決了各種“機(jī)器人”、“步行機(jī)”等的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。例如，人體的大多數(shù)肌肉都是以“額頑肌”的形式成對地排列的。人們還根據(jù)昆蟲揖翅導(dǎo)航的原理，研制成功了一種振動(dòng)陀螺儀，廣泛應(yīng)用于高速飛行的火箭和飛機(jī)上。例如，人們根據(jù)蜜蜂的復(fù)眼能夠利用偏振光導(dǎo)航的原理，發(fā)明了用于航空和航海的非磁性“儲光天文羅盤”?，F(xiàn)在，人們以不同物質(zhì)的氣味對紫外線的選擇性吸收為信息，研制成了“電子警犬”，用它來作檢測，其靈敏度甚至可達(dá)狗鼻子的 1000倍。根據(jù)仿生學(xué) 的研究成果，向生物索取技術(shù)原理大致有如下幾個(gè)方面： 16 1．信息仿生 主要是通過研究、模擬生物的感覺 (包括視覺、聽覺、嗅覺、觸覺 )，智能以及信息貯存、提取、傳輸?shù)确矫娴臋C(jī)理，構(gòu)思和研制新的信息系統(tǒng)。再如，從蜂蜜的久藏而不變質(zhì) 是否能找到一種食品保鮮的新方法。例如：從鳥類想到飛機(jī)、從蝙蝠想到雷達(dá)、從石龍子想到偽裝色、從飛鼠想到降落傘、從烏賊想到推進(jìn)器、從蝎子想到皮下注射、從鮑魚想到吸盤、從貝殼想到建筑等等。 14 生物體 生物模型 數(shù)學(xué)模型 技術(shù)模型 技術(shù)裝置 四 、 仿生機(jī)械學(xué)的研究方法 圖 11 仿生學(xué)的研究方法 五、仿生創(chuàng)新的幾種主要思路 向生物索取技術(shù)原理，不僅具有令人陶醉和神往的光輝前景，而且所涉獵的內(nèi)容也相當(dāng)廣泛。 (3)采用電子、化學(xué)、機(jī)械等技術(shù)手段。這一技法實(shí)施大體分為 (1)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際提出技術(shù)問題，選擇性地研究生物體的某些結(jié)構(gòu)和功能，簡化所得的生物資料，擇其有益內(nèi)容，得到一個(gè)生物模型。因此，若把人 —機(jī)結(jié)合起來，就有可能使一般機(jī)械進(jìn)化到仿生機(jī)械。為區(qū)別起見，可把傳統(tǒng)的機(jī)械稱之為一般機(jī)械。包含著對生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對生物的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會的要求付之實(shí)用化。 10 在科技史上，借助生物獲得發(fā)明創(chuàng)造的例子不勝枚舉 青蛙的眼睛’ ——跟蹤導(dǎo)彈的“電子蛙眼”； 烏龜殼 ——小提琴； 企鵝 ——越野汽車； 蜂鳥 —直升飛機(jī)；魚鰓 ——人造魚鰓吸氧器； 蛇的紅外線定位器 —夜視鏡； 螢火蟲 ———冷光源；云杉 ——圓錐形電視塔； 袋鼠 ——“跳躍式”極地汽車；蚊子 ——測向器； 水母 ——風(fēng)暴預(yù)警器； 沙蟹 ——制圖機(jī)； 鱷魚眼淚 —海水淡化器； 鯨魚脊背 —水下破冰船等等； 草履蟲 ——帶幾千只小螺旋槳的潛水艇。 螳螂能在 ， 計(jì)算出飛掠眼前的小昆蟲的速度 、 方向和距離 ， 這是大型電子跟蹤系統(tǒng)所望塵莫及的 。 可是
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