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。
本書由張伏、李心平、邱兆美、王甲甲著，其中張伏編寫了1.1節、第2章，李心平編寫了1.2節和第3章，邱兆美編寫了1.3節和第4章。王甲甲編寫了1.4節和第5章。
本書匯聚了作者研究小組多年來的創新研究成果，在研究過程中得到了許多同行的大力幫助和支持。在此由衷地感謝吉林大學工程仿生教育部重點實驗室任露泉院士、“長江學者”佟金教授、“長江學者”韓志武教授對我們研究工作的支持和幫助！感謝河南科技大學郭志軍教授對我們研究工作的支持和幫助！感謝洛陽拖拉機研究所有限公司張國英工程師的支持和幫助！感謝本組研究生王唯、於瑞鋒、劉紅梅、張海峰、馬磊、杜哲、馬義東、吳康等在本書編著過程中所做的大量的圖片處理和文字校對工作！本書得到河南科技大學學術專著出版基金資助，在此一併表示感謝。
由於作者學識與精力有限，加之時間倉促，書中難免會有疏漏及不盡如人意之處，懇請讀者批評指正！
作者2016.01
目錄
第1章緒論
1.1仿生四足機器人概況
1.1.1仿生行走機構
1.1.2仿生四足機器人
1.2脫粒技術概況
1.2.1脫粒技術
1.2.2種子玉米脫粒裝置
1.2.3種子玉米損傷籽粒發芽率研究
1.3生物結構色與變色概況
1.3.1結構色形成機理
1.3.2化學色形成機理
1.3.3結構色類型
1.3.4蝴蝶鱗片微觀結構與光學特性
1.3.5生物色變色
1.4頸椎假體設計概況
1.4.1頸椎有限元建模方法
1.4.2頸椎假體設計
參考文獻
第2章仿生行走技術
2.1山羊步態採集試驗
2.1.1試驗方法
2.1.2試驗過程
2.1.3試驗數據處理
2.2山羊坡地行走步態分析
2.2.16°坡地山羊上坡行走步態分析
2.2.26°坡地山羊下坡行走步態分析
2.2.318°坡地山羊上坡行走步態分析
2.2.418°坡地山羊下坡行走步態分析
2.2.536°坡地山羊上坡行走步態分析
2.2.636°坡地山羊下坡行走步態分析
2.2.7不同坡度步態分析
2.3山羊坡地運動機理分析
2.3.1山羊身體結構分析
2.3.2山羊步態運動影響因素
2.3.3山羊運動分析
2.3.4山羊力學分析
2.4仿山羊行走機構研究
2.4.1仿山羊行走機構設計
2.4.2仿山羊行走機構三維實體建模
2.4.3仿山羊坡地行走機構動態仿真分析
2.5小結
參考文獻
第3章仿生脫粒技術
3.1玉米果穗生物特性
3.1.1種子玉米穗特性分析
3.1.2種子玉米籽粒特性分析
3.2種子玉米籽粒力學特性
3.2.1試驗準備
3.2.2結果分析
3.2.3籽粒裂紋分析
3.3玉米果穗離散特性
3.3.1玉米果穗籽粒組砌規律對其離散效果的影響
3.3.2玉米果穗離散分析
3.3.3玉米果穗籽粒間循環力衰敗分析
3.4玉米果穗裸手仿生差速脫粒
3.4.1玉米果穗籽粒裸手脫粒
3.4.2玉米果穗區間裸手脫粒效果分析
3.5玉米果穗雞喙啄籽仿生離散
3.5.1試驗材料及設備
3.5.2試驗方法
3.5.3雞喙啄食穗體籽粒的離散力學特徵分析
3.6小結
參考文獻
第4章仿生變色技術
4.1蝴蝶鱗片微觀耦合結構
4.1.1蝴蝶鱗片形態與顏色
4.1.2蝴蝶鱗片微觀結構
4.1.3蝴蝶鱗片結構模型
4.2蝴蝶鱗片結構色光學試驗
4.2.1鱗片光學變色
4.2.2光學試驗
4.2.3光學試驗結果與分析
4.3蝴蝶鱗片結構色光學機理分析
4.3.1顏色的產生機制
4.3.2結構色著色機理
4.3.3理論計算分析
4.3.4結構色變色機理
4.4多層薄膜耦合結構仿生設計
4.4.1多層薄膜耦合結構分析
4.4.2多層薄膜耦合仿生設計
參考文獻
第5章仿生矯形技術
5.1醫學建模實例
5.1.1醫學圖像數據採集
5.1.2逆向工程建模技術
5.1.3三維實體重建
5.1.4劃分格線與建立韌帶
5.1.5邊界條件設定
5.1.6模型驗證
5.2單節段植入模型建立實例
5.3仿生融合器設計
5.3.1仿生融合器形狀設計
5.3.2仿生融合器結構設計
5.3.3仿生融合器表面形態設計(1)
5.3.4仿生融合器表面形態設計(2)
5.3.5仿生融合器表面形態設計(3)
5.4小結
參考文獻
