仿生学在摩擦中的发展研究
摘要通过千百万年的演变，动物和植物已形成了优化的几何结构、智能拓扑材料和多功能表面纹理，以优异的摩擦学特性，成为仿生摩擦学设计模型。本文提出了仿生摩擦学的定义与基础，调查自洁净的固-液界面、动物的脚与固体表面黏附、生物表面磨损特性和仿生设计以及摩擦和固-液界面的仿生设计的地位。对摩擦学仿生学的进一步发展进行讨论。
关键词：仿生摩擦学、自洁、粘附、摩擦、生物摩擦学。
摩擦学是科学和技术在相对运动中的交互式曲面。运动是各种动物行为（如捕食、逃避和生育）的基础。通过过去35 亿年进化和竞争，动物已经形成了优化的几何结构、微妙的材料拓扑、简单和有效的控制模式和多功能的表面纹理。这些结构、材料、曲面和调制方式，使动物的运动比任何人工系统更稳定、灵活、稳健、高效、适应周围环境。例如，猫的运动是高度的和无声的，由于其微妙脚结构，猫的脚掌与目标曲面的高摩擦系数以及它脚掌落在地上的低影响力度，被用于引用在改进驾驶汽车的轮胎的设计。人体关节的摩擦系数可能会低至0.005，这只有软钢之间的2%。当鲨鱼游的时候，非光滑表面纹理的鲨鱼可以有效地减少摩擦阻力，这已激发了游泳布的设计，特定的表面纹理布的摩擦阻力减少了4%一8%。智能抗磨设计中磨损的生物系统的自诊断能力已经得到极大的关注。人类手棕榈科植物对其它表面摩擦接触导致胼采取的抗磨函数。植物也有演变的表面纹理和摩擦学性能优异，如加固框架的竹，和不粘上猪笼草的口缘纹理强度拓扑。这些结构、拓扑结构和优异的摩擦学性能表面纹理已成为现代摩擦学设计模仿的模型。这里的生物摩擦学定义和仿生摩擦学介绍、相关领域在过去几年的主要发展进行回顾，并提出一些关键技术在今后发展。
1 定义、基础、历史回顾
摩擦学是机械科学与应用的跨学科科学的前沿。其基础涉及力学、材料科学、制造科学和机械设计和其研究包括揭示和理解的润湿、粘连、摩擦、磨损的针对其他材料的生物曲面或曲面，包括仿生原则建立和制造系统的发展，以支持各种工作条件的仿生设计的生物物理机制。研究目标正在试图找到解决摩擦问题和磨损在固态、固液和固气接口进行的的线索。摩擦学，通过整合与生命科学的研究领域已扩展和加强了摩擦学的基础。仿生摩擦学是指摩擦学与生命科学和目的在探索和加强摩擦学系统和通过从生物系统学习元素的属性及调查机制的摩擦减少或增加，遵守或抗黏附抗磨损的有机融合与高有效润滑的生物系统。人体生物摩擦学应用理论和技术的摩擦学和人类皮肤进行摩擦副摩擦，例如摩擦、磨损和配对与组织；相互作用的植入式接头人工心脏瓣膜、磨损的牙齿与皮肤摩擦所造成的破坏上的血的遵守。
生物材料的主要化学成分是碳、氢、氧、氮等轻元素。数百万年的演变，通过生物是极其保守的化学成分的选择，所以进化的生物系统和生物材料的主要途径是优化的拓扑结构和表面纹理，也就是说，几何的优化。另一方面，人类设计中的最难创作是创新的几何配置，此后是无限的几何配置中的选择。通常情况下，很难发现规律。应当强调仿生摩擦学的以下
方面： (1) 评价的摩擦学的生物系统和材料；(2) 寻找微观几何配置、材料拓扑和生物结构和摩擦学性能优异；（3）材料的表面纹理的发展历史和制造仿生表面图案和构造仿生结构和材料。
2 重要进展和进一步的发展
2.1 在流固内表面遵守情况和固体表面自动清洗
严格地讲，自洁技术，其特点是对润湿表面纹理的影响和固体液体的做的派，不属于摩擦学的研究领域。我们在这里讨论它，因为与润滑行为密切相关作的派。光合作用是植物成长的关键过程。叶是光合作用，负责的机关，所以保持环境清洁的叶子是最重要的植物。Barthlott 和 Neinhuis 表明水在荷叶上的接触角是蛮大的和其超疏水的行为结果从叶上三维微-纳米复杂表面纹理（图1）。这种疏水表面可以减少在叶子上的水滴的接触面积。当水滴落在叶时，污染物颗粒是湿润和因此坚持到水滴上。当雨放卷叶时、滴带走污染物。叶上液滴的污染物占去。这种现象被称为莲花效应。Neinhuis 和 Barthlott 已衡量了 200 余种的植物，并表明这些 plants'leaves 的接触角大于 1500年。这些超级自洁性能产生的协同效应的微-到纳米纹理和蜡晶体材料，其理论基于润湿滞后。超过 200 相关技术一种在德国专利和技术广泛应用于纺织、油漆、玻璃、瓷砖和塑料工业。
四肢和树干的一些动物也是疏水性，如很高的水跨越、脚疏水和可以使这种昆虫运行速度非常快的水面上。另一方面，关于 97 测量各种昆虫翅膀表明有些是疏水和一些亲水。这些疏水翅膀有下雨水或露水的自洁功能。前胸背板的蜣螂水的接触角上的CoprisochusMotschulsky是 91一106。非光滑纹理与集成的疏水性使得甲虫在重污染物下有优秀的反关联性。
表面的力量，例如毛细管力量，范德华力，是主要阻力在微机电系统，所以疏水表面
是很重要的提高性能，减少能源成本和提高可靠性。已知的荷叶自洁性能和高疏水性，可能不适合 MEMS 表面因为纹理可能允许太少的实际接触面积，并且它并没有足够的承载能力。自动清洗表面的科学研究和技术开发中的关键问题应包括以下：
(1) 低成本、专利制造技术和相关的材料的格式自动清洗的表面，没有沉重的承载要求，是也不发达。材料、制造技术及相关的设备应进行研究。
（2）另一方面，基本理论的沉重负荷，自洁表面需要进一步探讨。
2.2 粘连的动物的脚到固体表面和及其仿生学
有广泛工程应用和粘结固体表面的生物的背景。胶合是不能拆除的实体曲面之间的连接方法。道路上的各种车辆车轮遵守行为严重影响驾驶效率和运动稳定性；要坚持在固体表面上是单元格植被的基本条件。脚设计已成为粘稠的动物，如蚂蚁、飞、蜂、蝗虫、蜘蛛和壁虎，遵守他们的脚在天然环境中的各种不同表面的知识技术。为了获得良好的遵守职能，动物进化各种力学和微结构。胶粘剂器官可由其作为爪、顺利垫和毛 pulvillus 的形状进行分类。许多动物用爪，以保持稳定并生成运动力和爪的胶粘剂能力取决于表面粗糙度之间爪尖爪和磨擦系数的笔尖大小。顺利垫有软和容易的可还原表面，被选的蟑螂、蜂、蝗虫等（图2）；顺利垫与目标表面黏附取决于存在的分泌液，如蝗虫垫。垫的宏观结构有限元法分析表明垫上的接触区域的背靠背变形接触的过程中，过程生成与对面的立体阵垂手可得的摩擦力和冗余切线部队应增加附加的稳定性。大多数幼虫遵守基于相同的机制。哈森审查粘附光滑表面生活的 71 种鳞翅目幼虫的薄流体脂质膜使用光线的反射方法，发现胶粘剂的角质层的两种主要表面： (1) 与表面光滑，灵活和 (2) 与颏和几尖的很多小预测（microtrichia）的角质层的角质层。物理化学理论显示的表面张力和两个实体曲面之间的液体的粘度可能来自作为粘连的毛细力。然而，（例如，脚）幼虫的附件器具的粘附机理是东西从毛细管理论 (1) 自不同动物的附件垫都太软，以满足要求的弹性接触力学和联系人的几何计算；(2) 脱离程序的昆虫的港口及机场发展逐步剥离和在垫上的凸出部分仍可能下接触状态与目标表面突出部分。
Hairy pulvillus，而一些甲虫、苍蝇、蜘蛛和壁虎成，覆盖着长细、可还原的头
发或刚毛（图。3）。可还原刚毛大多数头发表面粗糙的联系非常紧密，并生成粘附可能使动物的港口。Peressadko 和 Gorb 相信每个刚毛的终端元素（TE）是平坦的并具有终端联系元素的功能。TE 几何规模减少动物的体重；例如，松针金龟、飞和壁虎的尺度分别是 7 p m，1——2 pm 和 10——100 nm。Autumn认为范德华力TE 和接触的表面之间产生，和总黏附的底导致TE 和板与表面之间紧凑的数目。TE 的人数是不同的不同品种的昆虫及homozonic 不同个体；例如，有大约 500 数以千计的壁虎。有些昆虫是源于编码器附件设备；一般来说，爪的粗糙的表面和顺利地垫，如蝗虫或如表面光滑的壁虎的毛管。
考虑到仿生和粘弹性接触模型（JKR 模型），已在过去年研究人工毛附件垫。理念，较小的头发直径是，附着力越大，让很多研究人员试图使较小的毛数组。Gorb。人工头发 0.4 毫米的高度和 0.250x0.125 mmz 中使用的成型方法，和它的横截面的逐字记录数组被发现，当预加载了 150一400mN，附着力是 60mN 并粘附的单一刚毛正要 0.56 mN、较平滑的表面的粘附。两种不同的纳米成型方法制作合成壁虎脚毛纳米结构报告西提和担心。第一种方法使用的探测器缩进扁蜡表面的原子力显微镜（AFM）和第二个使用纳米孔膜作为模板。这些模板塑造硅橡胶、聚酰胺和聚酯真空条件下的，该模板剥掉或蚀刻掉。结果表明这些合成纳米头发原型为自然标本（每个约 100 nN）粘附接近预测值，Geim。备使用电子人工壁虎头发束刻蚀和所作的天花板上坚持 40 g 玩具。图 4 (a) 显示由四个顶级研究组编写一个模压的数组：麻省理工学院、加州大学伯克利分校、哈佛大学和 negie 梅隆。可以看到其粘附是远远低于壁虎。图 4 (b) 显示刚毛数组编造的电子束束蚀刻。内部粘连之间人工刚毛结果粘附力显著减少。
这有助于高附着力的毛附件设备生物因素是什么？测量数据表明附着力的活壁虎脚趾比死壁虎脚趾和解剖观察，表明刚毛壁虎的脚趾上应该还活着。
开发仿生多毛垫的主要问题是，如下所示：
(1) 更多的研究需要显示基于生物和物理知识，尤其是对粘附行为影响生物活性的组织的遵守机制。实验装置研制也是极其需要的。
(2) 微细加工技术是仿生毛港口及机场发展的关键。更多的关注，以制定一项新制作机制、技术和过程。
(3)自连接之间在纳米尺度的毛发仍然是一个重要的问题，一直是一个瓶颈发展人工壁虎脚。
(4) 有缺乏顺利附件设备的了解。此设备可能会激发高负荷承载元素的设计。也是缺乏系统调查的附件的几何设计、力学性能、表面张力和毛细力对黏附效果。
2.3生物表面和生物启发抗磨技术的磨损特点
磨损是不可避免的当生命体的外部曲面交互的环境。生物材料组成了优化拓扑微结构，适应遭受压力并成为更多紧凑和强在高应力区，变成更加多孔和低强度低应力区通过的千年的演变。另一方面，动物或植物的外部表面质地也逐渐提高耐磨损的能力。
耐磨组织中的动物包括昆虫的触角、鸟爪和羽毛、动物的牙齿和头发，鱼和爬行动物和哺乳动物脚或蹄的薄片。主要化学成分是角蛋白、甲壳素和节肢弹性蛋白。其他例子包括穿山甲反下沉在地球和蛇冲浪在沙漠表面。
图5 阐释的特点是高耐磨性的甲虫爪截面扫描电镜图像。这种材料显然是作为契约中外角质层和多孔里面角质层中的拓扑结构。相同的特征也可以发现牙齿材料中。
毛齿鱼生活在撒哈拉沙漠中，可以快速移动在沙漠里，以便其规模应具有出色的砂侵蚀的耐磨性。使用砂侵蚀毛齿鱼的规模、玻璃和10 h 软钢表面进行实验，结果表明毛齿
鱼的皮肤磨损的痕迹是最小的，哪些暗示其耐磨性是远高于钢铁和玻璃的表面，如上图6所示。表面纹理、微结构和强度拓扑的毛齿鱼的皮肤及抗磨机理的地面和地下组织职能的理解将是一个重要的项目。软体动物壳，现有的在海滩上，并已发展更好地甚至有时比类金刚石涂层的耐磨性能，总是受命对水沙。研究发现金字塔表面纹理上，海螺是有利于预防从磨料磨损和磨料磨损第一次出现凸纹理和后，将变成壳甲壳素的磨损。
一些工具和农业机械、地球移动机械往往作为这种地形机器零件磨损对泥沙、粉状的煤炭、食品等研磨材料。开发非光滑表面改性技术，不但能降低土壤和地形机械工作表面之间的摩擦，还增强了耐磨性。结果显示凸出的施工单位快速穿，但工作表面总磨损率下降。
高耐磨耐表面仿生设计理论仍然不好设置和进行只失散的实验调查。作者假设在以下领域可能会被推向前大大。
(1)生物材料及负荷特征的拓扑关系。
(2) 设立评价技术及标准化模仿生物材料的工作情况，并揭示磨损功能和故障机理。
(3) 期间自诊断、自修复磨损的生物材料遥感的规管和材料转换机制的理解。
(4) 的制造技术和材料的耐磨损仿生曲面的发展。
(5) 数字仿真相互作用的粒子介质和固体表面。
2.4固体流体界面之间摩擦与仿生设计
固体表面与流体之间的摩擦是一个典型的摩擦学现象，可以发现水下导航机、船舶和管线中的流体材料的运输等各领域的广泛。它将是非常重要的水生动物的表面材料和纹理的启发，减少固体和液体之间的摩擦。动物研究表明许多水生动物表皮非光滑表面，其中一条鲨鱼皮、进行演示的摩擦减少功能（如图中所示。7）。若要减小摩擦的游泳运动员在水和游泳速度的增加，已游泳布、学习从鲨鱼皮肤纹理，发达国家和事实表明界面摩擦可以减少 5%。
对固体之间的摩擦表面纹理的影响和空气已经学习了许多年。表面纹理也被测试飞机机翼（图。8）。两风调实验和飞行试验证明由肋骨设计减少摩擦是有效从低到中间的超音速速度。减少摩擦是 5%一8%低速度为 2 维肋骨设计。带肋推进到流方向组成的透明塑料薄膜可以减少空气阻力达 8%，可以节省燃料消耗 1.5%（图。9）。理论分析建议的肋骨最大摩擦减少 12%。图。9是模型的肋骨三角形和棱镜的肋骨也已受到调查。
研究建议湍流摩擦是高雷诺数如高速飞行的飞机的主要液体摩擦和管道运输。V 形状质地是有效的摩擦减少（图。10）和摩擦是高度敏感的分布和随机安排减少摩擦达 12%，比定期安排好。肋骨和 V 形的摩擦减少机制差异表明固液界面摩擦湍流的复杂性。亚声速飞机，将其共抗力； 30%摩擦力。随机排列的 V 形状纹理将减少 3%的摩擦和燃料下跌 0.3%。这是世界航空运输市场的极大节省，但此仿生表面纹理将不用于在商业飞机维修保养、安全和利用仿生技术的成本可能会增加审议。
微纹理荷叶的鼓舞是另一个很好的例子，减少固体液体之间的摩擦。铜箔改性涂料的疏水性颗粒的直径 300 nm （图。11）可以减少摩擦力 20%，因为水的微观结构和表面紧张使得剪水，而不是空气与水和动态粘度的水是远高于空气（分别为0.001 kg/m/s 和0.000018 kg/m/s，)。
固液接口之间产生摩擦的机制仍不充分了解。没有被尚未发现摩擦减少机理和影响的许多水生动物的皮肤纹理。该技术已广泛可能适用于船舶、潜艇导航器、各类飞机和挑战性的研究包括以下:
(1) 减摩机制，特别是刚性水生动物潜水甲虫的机制将是更具吸引力的工程，需要将给予极大关注。此外不完全了解软材料的摩擦减少机制，并应更多关注该制作技术。
(2) 应开发物理、数学模型和仿真技术。研究结果将降低技术成本的一些产品通过仿生设计和获得各种工作条件粘度、回肠壁压力、流动速度等优化的纹理。
（3）智能纹理和其制作技术。
3摩擦学仿生学的进一步发展
生物系统的增长，过程更改其化学复合，这样顺应环境，提高材料的利用率，节省能源的效率的最佳途径是优化的拓扑结构和微结构，使各种职能的表面纹理很难。优化的特点是重组和非均质材料结构的拓扑结构和表面纹理的特质。生物材料的微观结构和方式，揭示规律规律尚不发达;包括在表面纹理的特质的内涵需要加以探讨。
下列领域的摩擦学仿生研究需要极大的关注。生物物理学的出色的摩擦学特性的本质：了解生物物理和生物化学机制始终在仿生设计中的关键作用。揭示的莲花效应机制使可能产生更好地自动清洗表面是有效甚至到蜂蜜。生物摩擦学研究中的几个关键科学原则没有透露，如快速附加和容易分离机制的壁虎脚和微结构的刚毛的关系。生命体中的摩擦、磨损、润滑机理的了解将有益于建立的摩擦学仿生设计的基础。
（1）选择仿生目标的原则。有几千年的动物，他们的生活情况都不同。摩擦学仿生学的主要任务是选择合适的对象表达他们生活环境中的良好摩擦学特性的和这一条件是工程对象相媲美。例如，潜艇车辆的减摩的灵感来自Thunnusthynnus。三自由度机器人会从这种动物有卓越的能力，作为壁虎、飞娥和蜘蛛在不同表面上移动。指定几何规模和环境需要广泛和穿透研究的仿生原则。例如，我们雷诺数作为指定的参数使用，当研究固液表面的摩擦。附件和脱离过程期间的互动的适当参数会怎样呢？仿生设计与技术测量的特征参数的物理机制应支付更多的关注。必须进行的重要的研究工作包括以下：以揭示演化模式的表面纹理和物理化学行为的生物材料在接触界面通过观察、测量和分析；以研究几何配置从微观到宏观尺度；变化规律探索以上配置和生命体的连接行为、功能和机制在运动、附件和承载的程序；要确定哪些反应属于生物系统的自动响应，属于可调节机械反应。
(2) 调节生物表面纹理和其制作技术和生物材料的拓扑。解表外部的纹理和解表内部和相对运动已提出很多意见，但我们知道不太了解的纹理，包括定量监管的这些宏观和微观-纹理、建制的纹理与生活环境的关系的生物学功能和生物物理效力。纳米尺度的制造技术需要突破瓶颈。例如，大闸蟹微观结构对甲虫的外角质层有时会起到作用随着粘附的增加，与某个时候减少粘附，但参数与反演作用是什么？研究建议外角质层表面纹理都从毫米波微米与纳米，但不会承担分形结构的规则吗？要显示与环境相互作用规律，呼吁科学家之间的密切合作从自然科学和生命科学和几个工程领域的工程师是结构的必需的。生物表面和生物材料的增长模式并未激发人类创建结构化的曲面，以满足摩擦学的要求，但我们要创建现代制造系统的摩擦学仿生学的发展和发明的低成本纹理表面。快速原型技术和现代表面改性技术（如激光加工）提供工具表面纹理编写和修改，但精度仍做不满足的需要。不满足的需要。创建仿生曲面的一种方法是整合与材料加工的表面纹理。另一种方法是增长的将合并的表面生长与纹理成形，我们需要更多关于调制和细胞凋亡机制的生物系统知识和自组装与可能的材料成形技术，如表面矿化，集成生物规则和表面的结晶，是增长的非常重要的获得所需的表面具有良好的摩擦学性能。
(3) 测量方法和仪器。纳米与微加工、信息学和生物技术的发展使定量测量和分析可能的时间和在纳米和微尺度。例如，原子力显微镜可以衡量纳米几何和纳米牛顿力。试验方法和仪器发展极其需要在下一年的多样性的客观的动物和生活环境。大多数测试设施不能执行体内的实验，体内的实验中，例如，地面反应力的土壤动物的生存环境、四个三维粘附和地面反应力三维自由度 (三地质: 地形障碍免费) 动物，测量技术抗力的飞行和游泳的过程中和拓扑分布的活着的生物力学参数运动。
摩擦学仿生学的人力资源：仿生学的关键点是理解性质，并从自然中学习。研究需
要跨学科十字架在生命科学、自然科学和工程等学科。由于具有多学科背景的人才短缺，迫切的任务是要培养跨学科的人类来源，和我们有以下建议：(a) 向启动的财政支持，前线的跨学科研究科学家们倾向于鼓励那些成为国际合作和技术起源创造的主要力量，帮助他们通过开的博士后位置到另一个字段的程度来组织一个跨学科的团队持有人，而是即将创建管理规定及政府托管的研究基金，并演化为学生和研究生；全面发展教育(b) 加强国际合作，建立从高起点的摩擦学仿生学研究和开发中心。
Acknowledgements Sincere thanks go to Sun J. R. for helpful discussion, and the anonymous reviewers for the valuable suggestions and points for discussion. This work was supported by the National Natural Science Foundation of China to Dai Z.D. (Grant No.60535020); Fund for Distinguished Young Scholar of China to Tong J. (Grant No.50025516), and National Hi-tech Project (863 Project) to Dai Z. D. (Grant No. 2002AA 423230).
《鲁班和橹板》说课稿 教材分析： 《鲁班和橹板》一课主要写的是鲁班怎样从鸭子的脚蹼受到启发而发明橹板的。课文叙事具体明白，通过朗读要让学生感受到鲁班爱观察、勤思考、能创造的优秀品质。 学生分析：对任何一个成年人来说阅读这一课都不成问题，也很容易理解。因为我们有一定的生活阅历，至少对鲁班，对橹板，对仿生学都有一定的了解。但孩子们不一样，他们对这些都不了解，而这些也离他们的生活很远。理解起来确实有一定的难度。而且这一课写的是一件事，孩子们不能按照平时那样理出事情的顺序来。 教学目标：1、正确、流利、有感情地朗读课文。2、学会本课9个生字，两条绿线内的9个字只识不写，理解新词的意思。3、通过朗读思考，体会鲁班爱观察、爱动脑、爱动手的优秀品质，激发学生在生活中向鲁班学习。 教学重点：识写本课9个生字，通过感情朗读体会鲁班爱观察、善联想的优秀品质。 教学过程： 第一课时 一、导入新课 1.故事导入：小朋友，今天，老师要带你们去一条非常美丽的小河边，看看住在那儿的一群可爱的小鸭子。这群小鸭子啊，每天都在小河里快活的游戏。有一天啊，小鸭子看见一位撑船的老艄公用长长的竹篙十分吃力地撑船，累得是满头大汗！于是，这群鸭子就嘎嘎嘎地向着老艄公的船游了过去。小鸭子游过去干什么呢？这里面还有一个有趣的故事呢！故事的名字就叫做“鲁班和橹板” 2.板书课题：学习：“板“字。“鲁班和橹板”各指什么？他们之间有什么样的关系？ 3.引导质疑：鲁班为什么要发明橹板？鲁班是怎样发明橹板的？ 二、初读课文 1. 带着这些问题自读课文，注意读准字音，读通句子。 2．同桌合作，交流初读成果：你是怎样读这篇课文的？哪些字、词、句你是注意读的？ 3．检查生字词， 4．指名分段读文。 三、学习课文第一、二自然段（解决第一个问题）
摩擦学发展前沿 一、纳米摩擦学的新发展 纳米摩擦学，也称为微观摩擦学或分子摩擦学，它是在原子、分子尺度上研究摩擦界面上的行为、损伤及其对策。纳米摩擦学是90年代兴起的纳米技术的重要分支，有着广泛的应用需求。 随着精密机械和高新技术装备的发展，特别是纳米科技所推动的新兴学科为纳米摩擦学的产生提供了一种新的研究模式和研究领域，具有广阔的发展前景。然而摩擦学的宏观研究直接面向机械产品性能提高，因而仍然是本学科现阶段主要研究领域。随着纳米摩擦学的深入发展，并实现宏观与微观研究的有机结合，必将促进摩擦学进一步完善，从而更大限度地发挥其在国民经济中的巨大潜力。 二、分子沉积膜摩擦学的发展 静电相互作用形成的分子沉积膜作为一种有序分子膜，具有制备方法简单、有序性好和膜厚可控制等优点。分子沉积膜的构筑单元一般为电解质，在水溶液中电离后，阴（阳）离子在静电作用驱动下逐层沉积而成膜，其膜厚度可通过调节水的PH值或离子强度加以控制。 目前国际上对分子沉积膜的研究已经充分肯定了他在摩擦学应用上的良好前景。它有望实现超低摩擦、近零磨损和纳米膜润滑，以满足计算机大容量高密度磁存储系统、微型机械和微电子系统等方面的摩擦学性能要求。 三、生物摩擦学的发展 生物学摩擦学是以生物的摩擦、粘附及其润滑为中心，基于生物体材料的流变性质，研究摩擦行为及其与结构、材料等生物学特征之间的相关关系的一门学科。人体内存在各种摩擦，如关节的摩擦；管腔(血管、气管、消化道、排泄道)内的摩擦；运动产生的肌肉、肌腱间的摩擦等。由于摩擦可以引起人体许多生理变化和疾病。它对提高人类生命质量、促进生物材料与生物医学工程技术的发展以及将生物技术引入到机械工程中都很有意义。 四、仿生摩擦学的发展 在进化和生存竞争中,生物形成了具有优异摩擦学性能的优化的结构设计、精巧的材料拓扑和多功能表面织构,成为仿生摩擦学的楷模。从生物的生长过程来看，在进化和演化的过程中实现对生物材料化学成分的变化是非常困难的，因此生物体适应环境、提高材料利用率及节约能源的主要途径是实现对材料拓扑结构优化和表面组织优化，这种优化主要表现为材料拓扑结构的复合化和非均质化，表面结构组织的特异性。它包含着许多人们尚未认识的科学内涵，因此很具潜力。
仿生学应用综述 仿生学是一门既古老又年轻的学科。人们研究生物体结构与功能的工作原理，并根据这些原理发明出新的设备和工具，创造出适用于生产，学习和生活的先进技术。某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。 仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 仿生学在很多方面都有应用，对当今的科学技术发展提供了源源不断的动力。以下就是一些精彩的案例。 我们学校以纺织专业著称，而一种好的纺织材料是大家都追求的。在这方面，科学家也进行过研究。比如， 蜘蛛丝仿生材料概述及应用 采用仿生学原理, 设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域.天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维, 具有高比强度(约为钢铁的5倍)、优异弹性(约为芳纶的10倍)和坚韧性(断裂能为所有纤维中最高), 为自然界产生最好的结构和功能材料之一, 它在航空航天、军事、建筑及医学等领域表 现出广阔应用前景.受自然界蜘蛛丝启发, 天然蜘蛛丝仿生材料 的研究迎来了机遇, 同时也给人们展示了许多新颖的仿生设计
方法。1.材料学院无机非1302班武艳琪1310220226。 生活中一些微不足道的事物也会成为仿生学的应用。比如小小的苍蝇。苍蝇为人类做出了的伟大的贡献。令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。另外苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是个“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶2. 39
摩擦学发展概况综述 姓名：XXX 学号：XXX 日期：2016年5月
目录 1.引言 (1) 2.近年来我国摩擦学发展的重要成就 (1) 2.1摩擦学教育 (2) 2.2摩擦学研究 (2) 3.现代摩擦学的发展 (3) 4.70~90年代摩擦学的主要研究内容 (4) 4.1磨损研究 (4) 4.2流体动压轴承 (4) 4.3流体静压支承和动静压支承 (4) 4.4弹性流体动压润滑 (5) 4.5固体润滑材料 (5) 4.6润滑油脂材料 (5) 4.7摩擦学测试技术及共况检测 (5) 5.90年代后至今摩擦学的发展方向 (5) 6.工业界的摩擦学研究 (6) 7. 摩擦学工业应用举例 (7) 8对摩擦学在我国国民经济中的重要作用的几点认识 (8) 9.摩擦学面临的挑战 (8) 10.结束语. (9)
摘要：本文简要介绍了摩擦学的发展历史、研究内容及其在机械工业领域中的应用,并提出了当今摩擦学的主要发展方向。回顾了我国摩擦学发展的历程,综述了近年来我国摩擦学发展的重要成就,分析了摩擦学在我国国民经济发展中的重要作用,强调了节能、节资应该是摩擦学应用研究的主要发展方向。摩擦学在解决我国国民经济和社会发展中所面临的资源、能源、环境问题中具有重要的战略地位,对我国建设可持续发展的资源节约型和环境友好型社会,对国家安全、公众健康和高新技术的发展都具有重要作用。显然,国内面临的严峻形势需要我国摩擦学的发展,并赋予它新的历史使命,即摩擦学除了继续发挥它对高新技术和许多科技与工程领域的技术支撑作用之外,还应成为节约资源、能源,保护生态环境,实现经济社会与自然生态、环境资源协调发展的一支重要力量。 1.引言 按照当今的概念,摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关实践的科学与技术,以摩擦、磨损和润滑为主要研究内容。根据这个概念,远古时代的钻木取火技术应该是比较早的摩擦学技术,在公元前几千年的制陶工具———陶轮中人们就已经开始使用轴承;战车的使用也可以追溯到夏代。诗经里的“载脂载辖,还车言迈”是我国早期使用润滑脂的文字记载,说明最晚在2 500年前人们就已经开始普遍使用润滑剂了。我国摩擦学技术的早期研究有着悠久的历史。摩擦学(Tribolgy)一词是在1966年以后才开始使用并收入在牛津大学出版社出版的牛津英语词典中,这个新词是英国HPeterJost先生于1966年3月9日首先提出的。摩擦学包括摩擦、磨损与润滑。摩擦学被定义为“研究相对运动的相互作用的表面的有关理论与实践的一门科学与技术”。摩擦学是当今国际上研究十分活跃和受到各国普遍重视的交叉学科领域。摩擦学涉及材料科学、表面工程、流体力学、化学、物理及机械工程等学科。目前,摩擦学的研究不仅存在于机械系统中,而且存在许多领域中,如计算机工业中的磁性信息储存器、核反应堆中的摩擦学问题、医疗工程中的生物摩擦学等。 由于过去没有摩擦学的概念,各项研究工作都是在自然形成的各自的技术领域(如摩擦、磨损、润滑)中进行的,摩擦学科学研究进展缓慢。直到1966年,以H PJost博士为首的专家小组,提出了著名的《英国教育科研部关于摩擦学教育和研究的报告》(Jost报告)。该报告提出了“摩擦学”这样一个学科术语,它把摩擦、磨损、润滑及其相互作用的表面科学联系起来。摩擦学的提出对于促进该学科领域的发展具有十分重要的意义。 2.近年来我国摩擦学发展的重要成就 2006年中国工程院专门立项进行了《摩擦学科学与工程应用现状与发展战略研究》。项目由徐匡迪院长担任顾问,机械与运载工程学部副主任张彦仲院士任组长,谢友柏、薛群基、徐滨士院士任副组长,来自全国各高等院校、研究院所、大型企业和军事部门的33个单位的15位院士、63名专家直接参加了调研工作,另有200余位各个行业的摩擦学专家教授、工程技术和管理人员协助参加了调研工作。项目组按照调研对象(行业)成立了冶金、能源化工、机车、汽车、航空航天、船舶、军事装备和农业装备等8个课题组,结合我国实际,采用面上调查和典型事例相结合的方法,选择了若干有代表性、专业人员基础较好、统计资料较完整的企业,通过问卷调查、组织座谈和专题讨论,以及深入现场收集资料等多种方式开展了调研工作。根据调查结果可以认为, 20年来我国在摩擦学教育、科研和工业应用领域取得了许多重要成果。
仿生学的例子 我们用的东西大部分都是仿生学的功劳。比如：飞机，中国公元前就广泛流传的玩具竹蜻蜒是直升机旋翼的起源。直到2000多年后的18世纪，竹蜻蜒传入欧美，启发了利用旋翼的滑面力使航空器升空的设想。 1907年11月13日，法国机械师保罗?科尔尼的直升机完成了历史上首次载人飞离地面(约0.3米)。 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。对了，萤火虫它的光是最好的，即不会伤害眼睛，也不会太刺眼，所以萤火虫是电灯的祖先拉！ 大乌龟背小乌龟：转动炮塔的坦克。 鸟在天空飞翔：制造了各种飞行器。 蜜蜂造巢窝：各种正六边形的蜂巢结构板材。 每只蜻蜓的翅膀末端，都有一块比周围略重一些的厚斑点，这就是防止翅膀颤抖的关键。飞机设计师研究苍蝇、蚊子、蜜蜂等的飞行方法，造出了许多具有各种优良性能的新式飞机。 鲸：外形是一种极为理想的“流线体”，而“流线体”
在水中受到的阻力是最小的。后来工程师模仿（fǎng）鲸的形体，改进了船体的设计，大大提高了轮船舴的速度。 蛋壳：能够把受到的压力均匀（yún）地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”的特点，设计出许多既轻便又省料的建筑物。 袋鼠：会跳跃的越野汽车， 贝壳：外壳坚固的坦克…… 鱼儿在水中游荡：学会了游泳，发明潜艇。 有很多东西，比如雷达，就是根据蝙蝠的一些原理发明的；还有一些专业的照相机镜头是根据苍蝇的眼睛原理发明的，等等。 人类的发明——来自动物的灵感 船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。
2009 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:机械工程专题讲座 学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在学科:机械设计及理论 学生姓名:李鹏飞 学号:08S008257 学生类别: 考核结果阅卷人
仿生学现状及其对科技发展的影响 仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔(Jack Ellwood Steele)取自拉丁文“bios“(生命方式)和词尾“nic“(具有……性质的)合成的。仿生学可以这样定义：研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。仿生学（Bionics）是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有鲜明的创新性和应用性。仿生学的目的是研究和模拟生物体的结构、功能、行为及其调控机制，为工程技术提供新的设计理念、工作原理和系统构成。人类进化过程中，通过不断地模仿自然，提升生产能力。仿生的领域和技术随着时代的前进而发展。许多影响人类文明进程的重大发明都源于仿生学。例如：模仿蜘蛛织网捕鱼，模仿游鱼制造舟楫，模仿飞鸟发明飞机……。1960年美国人斯蒂尔根据拉丁文构成Bionics一词，同年召开了全美第一届仿生学讨论会。这标志着现代仿生学的开始。 仿生学具有自己独特的研究方法：一般来讲，工程和生产实践提出技术问题，有针对性地借鉴某种生物体的某些结构的功能，研究并简化其结构、功能和调控机制，择其有用制备出物理模型，建立数学模型。在有用和可用的前提下，采用技术手段，依据数学模型，制备实物模型，最终实现对生物系统的工程模拟。仿生学的发展依赖于生物学和工程技术科学的发展；仿生学的发展也促进了生物学科和工程技术的发展。 现状 仿生学的研究和应用在国内外都得到极大的关注和蓬勃的发展。为迎接全球性竞争和挑战，我国科技专家和决策者在2003年召开了两届香山会议，第214届“飞行和游动生物力学和仿生应用和第220届“仿生学的科学意义与前沿”。国内许多科研机构和大学都相继成立了仿生学研究所和研究室。科学家们正带着自动控制、能量转换信息处理、力学模式和材料构成等大量技术难题到生物系统中去寻找启迪。机器人技术的发展很好地体现了仿生应用的理念。早期的机器人主要是模拟人的重复性劳
仿生学发展过程的分析 刘福林 (商丘师范学院生命科学系,河南商丘476000) 摘要 仿生学在科学创新中具有重要作用,国内外学者对此进行了大量研究。在回顾分析仿生学重大事件的基础上,提出了仿生学经历了4个发展时期:萌芽时期、建立时期、巩固时期与现代时期,指出了仿生学的重大贡献是源头创新的研究理念与方法,并能在未来的所有领域内应用、取得突破性研究成果。 关键词 仿生学;重大事件;发展时期;研究方法 中图分类号 Q811 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)15-04404-02 A na lysis of the Developm ent P ro gress o f Bio nics LIU Fu-lin (Depart ment of Life Scien ce,S hangq iu Normal College,Shangqiu,Henan476000) A bstract The research on the bionics is imp ortan t in science innovation all over the word.In the article four devel op ment periods of b ionics includ in g bu ddin g,b uild ing,strengthen and modern were reviewed.The i mportant contribution of bionics to research idea and means of resource in novation was pointed out,which may be ap plied in all fiel ds in future for unpreced ented res earch results. Key w ords B ion ics;Great event;Devel op ment period;Research means 仿生学的诞生与发展过程分为4个时期:仿生学萌芽时期;仿生学建立时期;仿生学巩固时期;现代仿生学时期。 1 仿生学的萌芽时期(远古时代至1940年) 在人类文明的早期,为了生存,人类不得不对其赖以饱腹的动植物的生活习性以及周围世界的各种自然现象进行观察。因此,从远古时代起,人们实际上就已在从事仿生学工作。例如,相传春秋战国时代(公元前450～500年),鲁班上山伐木途中,手指为茅草划破,从而受到启发,经反复实践,终于制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯[1]。2300多年前墨子和他的300弟子,花了3年时间,造成一只“会飞的木鸟”,同时间希腊人阿奇太也制成一只“机械鸽子”。自古就有许多中外人士模仿鸟类飞行试制飞行器,但都不成功,原因在于不了解鸟类的形态构造和生理机能适于飞行的科学原理;又不了解人不具备飞行的生理条件,人要上天,必须依靠机械动力才有可能。1903年12月17日,美国人莱特兄弟飞机飞行的成功便是一例。另外,1884年,人们受到蚕食桑叶吐丝的启迪,利用硝酸液处理棉绒,制成硝酸纤维素,由法国化学家德贝尔尼戈·夏尔多内首次成功地将硝酸纤维素制成硝酸纤维。同年,英国人查尔斯·克劳斯(Charles·F·Cr oss)和爱德华·贝文(Edwa rd·J·Be van)申请了第1个醋酸纤维制造方法的专利,这两种纤维的问世是仿生学运用的成果。但这些发明和尝试,在人类文明史上犹如点点星火,一闪而灭,始终未能形成一门独立的学科[2]。总之,20世纪40年代前,人们对于生物体与机器之间有无共同之处,还缺乏明确认识,还不具备将二者进行类比的必要的基础知识。工程技术人员还不了解生物系统可成为各种技术思想、设计原理以及发明创造的源泉,生物学家也只局限于研究和描述生物结构的精巧、功能的神奇。因此,从远古到1940年属于仿生学的萌芽时期。该时期,人类的各种仿生现象与成果不断涌现,为这门科学的诞生积蓄了实践经验与感性认识。 2 仿生学的建立时期(1940～1960年) 20世纪40年代,工程技术领域中出现了调节理论,人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比,认识到二者具有 作者简介 刘福林(1965-),男,河南商丘人,副教授,从事管理仿生学研究。 收稿日期 2007-02-28自动调节系统。1944年,一些科学家已经明确机器与动物在自动控制、通信和统计动力学等一系列问题上是统一的,具有共同之处。同一个时期,美国的一位年轻工程师申农(C. Sha nnon)提议建立了一门叫作“信息论”的科学。从此,开展了大量关于信息传递与处理的研究工作,深刻认识到一切通信与控制系统所共有的特点。对许多研究工作得到的结果进行理论概括,并将技术控制系统的控制机理与现代生物科学所发现的动物体中的某些控制机理进行类比,又逐渐形成了一门新的科学“控制论”。1949年,控制论创始人、美国科学家维纳(N.Wie ner)出版了《控制论》一书,对这一学科的思想和概念等作了比较全面的论述。维纳着重指出,控制论是研究机器和生物体中控制与通信的科学。科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来,成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁,奠定了生物与机器在控制与通信上进行类比的科学理论基础。随着这两门学科的结合与渗透,人类就为自已找到了一条新的技术发展道路———向生物界索取设计蓝图,并于1960年9月诞生了一门新的交叉科学———仿生学。1960年9月13～15日,在美国俄亥俄州达顿城(Da yto n)的一个空军基地,召开了美国第一届仿生学讨论会。在20世纪50年代已成为一门独立学科的“仿生学”,在这次会议上被正式命名。一位专长于精神病学和神经学、又受过数学和电子学训练的美国军医J.E.斯蒂尔(Jac k Ellwo od Steel)博士,给这门新诞生的科学分支起了一个名字叫做bionics(仿生学)。斯蒂尔博士给它下了这样一个定义:“仿生学是模仿生物系统的原理以建造技术系统,或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学”,简单一句话,仿生学就是“模仿生物的科学”[3]。因此,从1940～1960年属于仿生学的建立时期。 该时期,人类在仿生学研究中的最大贡献是建立了仿生学理论。从实质上看,仿生学的诞生带给人类的是创新的理念与方法,即向生命系统学习的理念,模拟生命系统的方法。使人类从一个崭新的视角透视世界,发现前人未发现的事物,实现科学技术的原始创新,这是其他科学无法比拟的优势。 “提出模型,进行模拟,这就是仿生学的基本研究方 安徽农业科学,J ou rn al of An hui Agri.Sci.2007,35(15):4404-4405,4408 责任编辑 罗芸 责任校对 李洪
第硒卷第６期２０Ｏ０年６居 机械工程学报 ＣＨＩＮ｝ｃＳＥＪ０Ｌ１ｆ｛ＮＡＬ０ＦＭＥＣ｝｛ＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ⅵ，ｌ，３６Ｍ?６ Ｊｕ【ｌ，２０００ 世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势 漫诗铸 （清华大学黪擦学国家重点实验室北京１０００｛；４） 摘要在强籁牵攘擘发展嚣变瓣基础土，憨络驽｛罄纪国年代鞋寒，在鬻攘学主要磷究鹱蠛龟臻涟箨澜瓣、越辩密损与表面处理技术、纳米摩擦学等的发展现状和展盟。分析了相关学科的发展和学科交叉对摩擦学研究的推动作用，并彳卜绍了摩擦学与其他学科交叉领域如摩擦化学、生物摩擦学，生态摩擦学和微机械学等的发展概况和趋势。簸谲：藏搭漏精嚣鹋瘗援缝拳牵攘学瘴攘纯掌生态牵攘掌 中国分类鼍：ＴＨｌｌ７．】 ０前言 章擦学作为一门实践性稂强的技术基础科举，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密键挺关：戮燕耍摩攘学豹发爱爨变，宅经历了霓个不同的历史阶段和研究模式一 早期的摩擦学研究以１８世纪ｍ”ｏｎｔ。ｎｓｊ｝ｎｃ蕊。曲靖篱俸摩擦的疆究为代表，佳们通过太量的试验归纳出滑动摩擦的变化规律和经典公式。这…时期的特点鼹以试验为基础的经验譬｝究攒式。 １９世纪束．Ｒｅｖｎｏｌｄｓ¨３根据牯性流体力学揭示出滑动轴承中润滑膜的承载机壤．建立了表征流体海游貘力学褥性题Ｒｅ￥ｍ韬ｓ方程，羹定ｒ滚漆懑、簿的理论基础．从而开创ｒ基于连续介质力学的研究模式：到了２０世纪２０年代以后，由于生产发展的需婺牵擦学豹研究领域得繇遘一步§。夭。其中，｝ｂ州、－２提出依靠润滑油的极性分子与金属表面的物理化学馋照露形戏吸瞻骥的边界澜涛理论；Ｔ０“ｉｒ峙ｏｎｏ从分子运动鲰度解释固体滑动过程的能量转换和摩擦起因，特别是Ｂｏｗｄ。ｎ和Ｔａｂｏｒ【４ｏ建立了疆链羞效疲为基穗翁牵擦瘗撰理论等。这鳖骚究不仅扩展了摩擦学的范畴，而且促使它发展成为涉及力学、热处理、材料科学和物理化学等的边缘学科．瓿此开创了多学科综合研究的模式。 １９６５年奠国教育科学研究部发表《关于摩擦学教凳鞠殴究缀蠹》《通豢嚣麦赫｝摄告），善敬提窭ｂｈｍｏ∞（摩擦学）一词简要地定必为“关于摩擦过程的科学”。此后，它作为一门独立的学科爱到世界备国普德重甏，鼙攘学瑾论与痘鬻繇究迸Ａ了一个耨 习篙瞄。６驻曩秘臻弱８｝赣。隧著研究翁深走开麓，久们试识到为了确效地发挥摩擦学在生产中的潜在效益．＿在研究模菰｝的发展趋势蟪是出宏观进入激理，出怒性进入建量，由静态遥＾动态．由单一学科的分析进人多掌利的综合研究“。 ｌ研究现状与发展趋势 现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为： （１）在以往分学科研究的麓础上，形成了一点簿握搬槭、奉砉糕秘毙学等甥关知识夔专建戮究麸螽，确利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了霹擦学机理研究的深入发展。 （２）鸯予攀攘学专韭教育酌发震程箱谖善及，彩及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工ｍ界商大量的］二程科技人员结合工程实跨开展研究，促使摩擦学斑甬研究取得巨大的经济教撬。 （３）随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究槎式开始麸戮努辑摩擦学褒象为主逐步自整分羲与羲制相结合．甚趸以控制性能为目标的研究模式发展此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维憾稻敬造逐步邂Ａ褫禳产品静氆麟设计镁域。 ２０世纪６０年代以后，相关科学技术特别是ｔ｛算搬科学、撼嚣｝科学秘续岽秘技的发羼避摩擦学醪究藏着重要的推动作用，主要表现在以下几个方耐１．１流体润滑理论 敷鼗篷瓣为基穑翁弹往藏体动力溺漆ｔ篱称鹑流润滑）理论的建立魁润滑理论的重大发展。现”计算机科学瓤数值分柝技术的迅猛发展，对于诲霪复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定艇计算ｉ静如，谯流体润滑研究中采用数值分析方法，已经建益ｆ努蹙考惑肇攘表蘑撵性髟变、热教瘦、裘覆彩襞润滑膜流变陆能以及非稳态工况等实际因素影响， 万方数据
仿生学的例子 仿生学的例子（1）： 蝙蝠与雷达 蝙蝠会释放出一种超声波，这种声波遇见物体时就会反弹回来，而人类听不见。雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。在各种地方都会用到雷达，例如：飞机、航空等。 仿生学的例子（2）： 苍蝇与小型气体分析仪 令人厌恶的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉个性灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢原先，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把十分纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改善计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 仿生学的例子（3）： 鲸的前鳍--神奇能量的秘密！ 座头鲸前侧有垒球般大突起的前鳍，能够划过水面，让它悠游在海洋里。但根据流动力学原理，这突起就应会妨碍前鳍的运动。 根据他的研究，费雪为风扇设计具突出边缘的叶片，叶片划过空气的效率比一般标准的风扇高百分20。他成立一家叫鲸鱼能量的公司来生产他的产品，很快地会将这项节能的技术授权给世界各地的公司工厂。但费雪心中的大鱼是风力能源。他相信只要加一些结节在涡轮机的叶片上将会改善整个产业，使得风力的价值更胜以往。 仿生学的例子（4）： 斑马与斑马线 斑马生活在非洲大陆，外形与一般的马没有什么两样，它们身上的条纹是为适应生存环境而衍化出来的保护色。在所有斑马中，细斑马长得最大最美。它的肩高140-160厘米，耳朵又圆又大，条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共处，以抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例子。 仿生学的例子（5）： 蝴蝶与人造卫星 五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家透过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的状况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，
仿生学对人类社会发展的贡献 一、仿生学的概念 所谓“仿生”，顾名思义就是向生物学习、模仿或取得启示，仿造各种生物的优点以用在人类科学技术的创造或改进上。仿生学一词是1960年由美国.斯蒂尔提出的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。 仿生学的研究范围主要包括①力学仿生：研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。②分子仿生：研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。③能量仿生：研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。④信息与控制仿生：研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人---机系统的仿生学方面。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面---生物模式识别的研究、大脑学习、记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等---是仿生学研究的主攻方面。 因此仿生学就是人类在认识自然和改善自然的过程中，通过科学的探索和研究，模仿自然界中一些生物的特殊本能的原理，来解决某些人类传统认识无法解决的一些疑难现象的一门高科技边缘科学。 二、仿生学的历史贡献 仿生学在人类历史发展过程中所做出的贡献可谓源远流长。尤其是近几个世纪，仿生学在军事、医学、生物、电子等高端技术领域的应用更是给人类的发展带来了创新革命。 在军事上，模仿野猪嘴发明的防毒面具，模仿海豚皮肤的沟槽结构，应用于船舰外壳上，可减少航行湍流，提高航速。模仿鸟类滑翔原理发明飞机；模仿“莲花效应”将其应用于飞机表层、汽车外壳达到自清洁的目的；模仿苍蝇等昆虫的视觉原理研制智能武器和仿生眼等；在医学上，根据苍蝇在细菌环境中生存的原理研制出的免疫抗菌剂，模拟人体器官设计出各种仿生器官用于医学手术中等等；在生物上，屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲、船桨模仿鱼的鳍、锯子学的是螳螂臂，
仿生学论文 10级生物科学 1009210117 张荣华
摘要 自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了自身许多优异的结构和特殊功能。人们模仿生物界的这些结构特征,将它们应用于自身的斗争,即军事斗争中。利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。解决在日常的生产生活中遇到的问题，制造多种探测、斗争武器。 关键词：生物结构特殊功能实践运用军事
一.仿生学简介 仿生学（bionices）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 1.历史由来自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使 它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 2.研究方法仿生学是生物学、数学和工程技术学互相渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含
摩擦学的现状与前沿 ——机自09-8班姚安 03091131 摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视，摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。 1 研究现状与发展趋势 现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为： (1)在以往分学科研究的基础上，形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍，有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了摩擦学机理研究的深入发展。 (2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及，以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究，促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。 (3)随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合，甚至以控制性能为目标的研究模式发展。此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。 （4）交叉学科的发展。摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域，这是摩擦学发展的显著特点。主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。 当今，相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用，主要表现在以下方面。 1.1 流体润滑理论 以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展，对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段，在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。 1.2 材料磨损与表面处理技术 现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能的要求。就学科发展趋势而言，复合性材料的研究是材料科学的重点方向，而表面改性技术实质上就是研制表里具有不同材质的复合性材料，因而受到摩擦学者广泛的重视。 1.3 纳米摩擦学 纳米摩擦学提供了一种新的思维方式和研究模式，即从原子分子尺度上揭示摩擦磨损与润滑机理，从而建立材料微观结构与宏观特性之间的构性关系，这将更加符合摩擦学的研究规律.目前，纳米摩擦学的主要研究内容包括材料微观摩擦磨损机理与控制，以及表面和界面分子工程即通过材料表面微观改性和纳米涂层，或者建立有序分子膜润滑，以获得优异的减摩耐磨性能。当前的应用研究主要集中在计算机磁记录装置以及超精密和微型机械。纳米摩擦学是摩擦学研究的热点领域，迄今已有大量的研究报告发表，并出版了专著。
【单选题】仿生学的定义是（B）年提出的。 A、1955年 B、1960年 C、1965年 2 【多选题】仿生需求包括（ABCDEF）。 A、生存需求 B、军事需求 C、健康需求 D、发展需求 E、精神需求 F、兴趣需求 3 【多选题】材料的结构包含（ABC）。 A、宏观 B、介观 C、微观 4 【多选题】仿生模本包括（ABC）。 A、生物模本 B、生活模本 C、生境模本
【多选题】仿生需求中发展需求包括（ABC）。 A、感知更强的仿生 B、功能更优的仿生 C、运动更好的仿生 6 【判断题】远古时代人与自然的关系是生存、自卫、竞争。√ 7 【判断题】信息时代人与自然的关系是观察——灵感——模仿× 8 【判断题】海豚游速慢的时候皮肤是粗糙的，游速快的时候是光滑的。× 9 【判断题】自然界中植物有150万种。× 10 【判断题】贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是普通文石的10000倍。×从灵感到制造的创新过程——仿生学的研究方法 1 【单选题】蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在B A、外界面层 B、内界面层 C、体表液层 D、体表层
【单选题】荷叶具有自清洁效应是由于表面C A、微米形态 B、表面腊状物质 C、微纳结构与腊状物质共同作用 D、纳米突起 3 【单选题】地面机械触土部件与土壤接触时面临的问题是（B） A、磨损 B、粘附 C、腐蚀 D、氧化 4 【判断题】仿生电渗铲斗是模仿了蜣螂的体表电位特点制造的。×5 【判断题】穿山甲能打洞、上树，还会游泳。√ 6 【判断题】土壤动物粘附脱土功能的实现是由于其体表形态。×适者生存——军事仿生 1 【多选题】狡兔三窟中提到的历史人物有（AD）。 A、孟尝君
仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 2。从萤火虫到人工冷光； 3。电鱼与伏特电池； 4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。 5。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11。船桨模仿的是鱼的鳍。 12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 好运 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。
1、1体温得测量方式及正常值 生命指征得定义 三种测量体温得方法:1、口测法2、肛测法3、腋测法 体温正常变化范围 体温异常 发热程度 1、1、2仿生学得起源 1、2仿生学得诞生 仿生学得定义就是1960年提出 1、3仿生学与科技创新得关系 仿生学就是科学与技术原始创新得不竭动力。 1、4、1仿生需求(一) 仿生需求:1、健康需求2、军事需求3、发展需求4、精神需求5、兴趣需求 1、4、2仿生模本(二) 仿生模本:1、生物模本2、生活模本3、生境模本 1、4、3仿生模拟(三) 仿生模拟:1、形似模拟2、神似模拟 1、4、4仿生制品(四) 仿生制品:1、非生命得仿生制品2、生命零部件得仿生制品 第二章从灵感到制造得创新过程——仿生学得研究方法 2、1生物模本分析 生物体→生物模型→数学模型→实物模型→技术装置 问题提出→典型生物体分析→建立生物原型 2、2仿生原理分析 仿生原理分析: 形态、成分、生物电、分泌物、弹性与柔性、生物活性 2、3实物模型建立 实物模型建立: 1、建立数学模型:数理统计、有限元、试验优化、分形分维、灰度分析、层次分析、动态过程、模型分析 建立实物模型:推土部件、铲装部件、耕作部件、储运部件 建立实物模型:推土部件(推土铲、推土板) 铲装部件(挖斗、铲斗) 耕作部件(犁壁、深松铲) 储运部件(步行轮、气垫车、驼蹄轮胎、自卸车箱) 第三章适者生存——军事仿生 3、1、1仿生武器装备1 军事仿生学研究方法(3阶段,3研究方法) 生物结构与兵器制造; 1、模仿生物得生物结构制造十八般武器:刀、戟、抓鞭与锏 3、1、2仿生武器装备2 飞机与鸟与昆虫蜻蜓可作长时间得悬停,苍蝇可以随意转变方向每根羽毛有专属得肌肉,鸟得喙就是中空得,鸟类全身设计都就是为了飞行 奥拓利林塔尔:滑翔机之父莱特兄弟1903年:飞行一号信天翁;展翅比飞机震颤问题军用飞机:歼击机、轰炸机,无人机 3、1、3仿生武器装备3 潜艇与鱼与海兽下潜与上浮水母,乌贼,鱼最初就是在水柜里冲水戴维布什内尔:美国第一潜艇Tuetle(1776) 富尔顿(1801—法)鹦鹉螺号动力: 人力电动机—柴油/汽油发动机速度与动力利用效力海豚:外表皮层,乳突在真皮层, 40~48公里每小时,70~100公里每小时冲