生物仿生作业题

生物仿生作业题

1、阐述荷叶清洁性的仿生机理和工程应用与贡献

仿生机理：

荷叶表面多尺度结构和表皮生物腊的存在是引起荷叶表面“自清洁”的原因。荷叶表面由很多密集排列的直径10～20μm左右“乳突”所组成，它们之间存在纳米级空隙，而每一个微米级乳突上还存在很多直径200nm左右的小乳突。形成微纳米双重结构的乳突，使空气填充其间。水在荷叶上，由于表面张力和乳突间空气的阻力的作用，水的表面总是趋向于尽可能缩小成球状，接触角可达170度左右，几乎完全不浸润。荷叶使水和尘埃在其表面的接触面积比一般材料减少了90％多，水滴极易滚动，在水滴滚动的同时，就带走了叶子上的尘埃和细菌，从而实现自清洁的功能。荷叶拥有的这种特性被称为超疏水性能。

应用与贡献：

荷叶效应乳胶漆：显著提高涂料的疏水性能。无机纳米材料经表面改性处理后，分散在水溶液中形成稳定的纳米级分散胶体，加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表面。

仿荷叶针织物：目前已经有很多报道关于成功地利用各种不同的表面处理技术来形成聚合物和无机物超拒水表面。毫无疑问，超拒水和自清洁的“荷叶纤维”能给纺织工业带来经济效益，可以不用在织物后整理中加入降低表面摩擦或是拒水的工具。当水通过这样的表面时，将会有一个自清洁的过程。

荷叶效应防水漆：采用荷叶表面技术，加强了防水透气性，确保墙面不受水汽侵蚀漆膜的牢固性不仅扛得住卫生间的潮气，甚至能适用于外墙。

荷叶玻璃：这种玻璃是超拒水和自清洁的，具有相当好的物理化学稳定性。涂层应是透明的，不透光的或是无色的。自组织软涂层具有制造与荷叶类似表面的所有成分，包括功能性涂料，微粒，粘合剂以及运输媒质。可以应用我们早已熟知的技术，比如说用屏幕或罗拉印刷技术，电子釉光技术和喷雾等。

荷叶憎水性膜：这种膜能模拟荷叶，在表面上如有水，这些水就能聚成珠而滚掉，因此即使在下大雨时其表面也能保持干燥。小水滴在滚动时还能将灰尘粒子集合在一起，因此表面有"自清洗"作用。这种膜可用普通气溶胶喷涂到表面上。当喷涂层的憎水作用被抹掉时，很容易进行再次喷涂。

仿生荷叶的研究与产品的开发将会给纺织、化工等诸多行业带来新的发展，为企业产品带来新的竞争力。随着科技的发展，会有越来越多的“荷叶效应”产品出现，从而更好地改善人们的生活。

2、什么是力学仿生？请举例说明常见的（静、动）力学仿生结构和原理

力学仿生是指：研究生物体的力学结构及其原理，寻求将其用于技术设计的方法，以创造新型、高效的机械设备和建筑结构，或改进飞机、舰船和车辆的设计等。

静力学仿生：

研究植物的结构特点与负荷力学原理，可为建筑结构的设计提供借鉴。如空心预制板的发明。竹节结构抗劈强度与横向抗拉强度高，可用于增大工程强度。

恐龙重心位于腰部，重量通过重心传递到粗壮的四肢上，整个身体犹如一座拱桥。拱形结构截面上压力比较大，如果拱的形状符合合理轴线还能使弯矩为零; 物体的自重还能产生预压应力，以抵消部分拉应力。由此仿生造出的拱桥能将桥面系传来的压力转化为轴向压力，跨越能力大，跨径范围广、经久耐用、造型美观。

贝壳受力均匀且分散在壳体表面，主要承受曲面内的轴向压力，所受弯矩很少。仿生制成的薄壳结构在建筑方面应用广泛。

人造蜂窝结构材料由于重量轻、强度和刚度大，且隔热、隔音性能良好，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹以及建筑结构中。

蛋壳虽然很薄，但因有着弯曲表面，故可承受较大压力。类似的大跨度薄壳结构，在建筑上得到了广泛应用。

动力学仿生：

快速游泳的水生动物都有很好的流线型体形，按照鲸鱼、海豚等体形与身体各部比例建造的船艇，所受水的阻力大大减小。鲨鱼的盾鳞结构表面布满锯齿状鳞片；鳞片形成“水槽”，能加速水流经表面的速度。由此仿生制成的鲨鱼装降低了运动员在水中的阻力和氧气消耗。

模仿企鹅在雪地上快速滑行的特殊运动方式，制成一种轮式“极地越野汽车”，在雪地上行驶时速达到50千米。

模仿袋鼠跳跃运动方式制成采取跳跃方式前进、适宜在凹凸不平的田野或沙漠地带使用的无轮“跳跃机”。

随着对动物飞行原理的深入研究，设计师可从中得到更多的借鉴与启示，不断改善飞机的设计，促进航空技术的发展。

3、学习《神奇的生物仿生工程》课程对你有哪些启发和收获？谈谈你的感想与建议。

最开始选这门课的时候，是觉得会很有意思，并且，自己虽然是文科生，却很喜欢生物。经过这个学期的学习，自己深刻的体会到了这门课程深刻的内涵。形象生动却又不失稳重，这是它给我最深的印象。

在教学内容里，有很多有趣的知识。包括鲨鱼装、荷叶的清洁作用、竹子的空心架构、鸟类的流线体型、机器人和机器狗动作的灵敏、蛋壳结构的坚固等等。生活中一些随处可见的东西，好好的分析、利用，原来都可以为人类造福。微小的结构，蕴含着多少知识与便利。

第一次见到荷叶表面的放大图示时，自己不禁吃了一惊：看起来光滑无比的表面，放大之后竟然是如此粗糙，布满了乳突。而更为神奇的是，正是这不起眼的突起，让荷叶拥有了“出淤泥而不染”的美称。

以前对鲨鱼泳衣也略有耳闻，通过对这门课程的学习，更是深深为这先进的技术而折服。薄薄的一层，紧贴人的皮肤，不仅大大减少了水中的摩擦力，还可以降低耗氧量。它帮助运动员们一次又一次的

超越人类极限。这让人不禁开始想象未来科技的发展程度。

深海中也有很令人吃惊的地方。在深海中，游曳着各种可以发光发电的生物。电鲶能产生350伏的电压，电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。在陆地上，萤火虫可将化学能直接转变成光能，发光率达100%。模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量。生物带给人类的，不仅仅是对美丽的观赏。

还有就是，神奇的机器人。有的可以通过消化分解苍蝇发电，有的可以与人对话。最令我喜欢的，是那只能驼重物的仿生狗。它的平衡性很好，即使是让人踹一脚也没有问题。它的行走姿势，和真正的狗一模一样。

通过这个学期的学习。真是让我感觉这门课中处处充满了有趣的东西。至于建议，希望老师们能多放些视频，让这门课更加生动，相信能吸引更多的同学到这门课程中来。