基于蝎子体表感受器灵敏感知机理的毛缝结合仿生传感器研究
发布时间：2022-01-12 09:17
在国民经济高速发展,信息化程度不断提升的时代背景下,传感技术作为一个国家发展实力的重要衡量指标,亟待进一步发展。传感器不仅在医疗、环境、军事、工业及农业方面有着广泛应用,在交通、保健、家居等方面也有一定的优越性。在自然界中,生物也存在着各式各样的感知系统,为它们实现外部信息的输入、控制和输出,这与传感器的工作过程不谋而合。现如今仿生科学方兴未艾,生物天然具备的优异感知能力成为传感器研究的丰富灵感来源,各类仿生传感器应运而生,从结构、材料等多个角度对传统传感器进行改良,为传感技术的发展引领了新方向,开拓了新领域,谱写了新篇章。本文结合仿生学基本原则和相关原理,选取了具备超灵敏感知功能的节肢动物——蝎子作为仿生传感器研究模本,通过表征分析其体表感受器:缝感受器和蛊毛感受器的形态结构特征,探析了二者的感知机理;并以之为原型设计了毛缝结合仿生传感元件且进行了相关理论计算和模拟分析;制造了毛缝结合仿生传感器并进行了多领域应用性能测试,为制造超灵敏多功能的仿生传感器做出了新的尝试与探索。本文的主要研究内容及结论如下:首先,按照不同生存环境分类选取典型蝎子样本作为研究生物原型,分别为:黄鳄背蝎（Ho...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种类型的结构型应变传感器（a）弯曲回旋型应变传感器[17]
第 1 章 绪 论合应变传感器，也就是在加工出一定结构的前提下经过自生长、自组装的方式制造而成的多级结构—材料复合型应变传感器。例如断裂的多壁纳米纤维束[26]和层片状堆叠而成的石墨烯[27]以及于织物纤维上复合生长的石墨烯片层[28]等等，如图 1.2(g-i)。
这为研究设计新型水上交通工具乃至人类水上行走提供了重要理论依据。图1.3 生物超疏水表面（a-c）荷叶[43]；（d-f）水黾[46]1.3.2 生物减阻功能结构在自然界中，为了实现快速运动的目的，便于捕食和逃脱天敌追赶，许多生物都进化出了性能优异的具有减阻功能的外部形态和表面结构，以此来减小运动过程中的阻力。蜣螂、步甲虫、蝼蛄、穿山甲等典型土壤动物长期在黏度大湿度高的土壤环境中穿梭，其体表均进化出了能够实现减阻脱附功能的粗糙表面形态[48-50]。如图1.4 所示，不同土壤动物体表非光滑单元形态有所区别[47][51]，例如步甲虫体表非光滑单元形态为凹坑形，蜣螂头部非光滑单元形态为凸包形，而穿山甲鳞片非光滑单元形态则为波纹形。土壤动物正是依靠这些非光滑形态，完美地解决了土壤粘附问题。同时基于此类减阻脱附功能表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种仿生感觉毛气流传感器[J]. 边义祥,张弋,何灿,孙凯旋,刘榕榕. 传感技术学报. 2017(11)
[2]传感器的未来发展概述[J]. 代笠,肖砷宇. 科技广场. 2013(05)
[3]地面机械脱附减阻仿生研究进展[J]. 任露泉. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(09)
[4]传感器技术的应用与发展趋势分析[J]. 杨大丽. 科技信息(科学教研). 2007(24)
[5]典型生物非光滑理论及其仿生应用[J]. 王淑杰,任露泉,韩志武,邱兆美. 农机化研究. 2005(01)
[6]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
[7]Significance and Progress of Bionics[J]. Yongxiang Lu Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, P.R. China. Journal of Bionics Engineering. 2004(01)
[8]几何非光滑典型生物体表防粘特性的研究[J]. 任露泉,丛茜,陈秉聪,吴连奎,李安琪,景德璋. 农业机械学报. 1992(02)
博士论文
[1]蝎子体表超敏蛊毛感受器的感知机理与仿生研究[D]. 陈道兵.吉林大学 2018
[2]基于蝎子缝感受器的仿生应变感知结构制造及性能研究[D]. 宋洪烈.吉林大学 2017
[3]典型贝类壳体生物耦合特性及其仿生耐磨研究[D]. 田喜梅.吉林大学 2013
[4]跳跃昆虫的运动仿生与感知仿生研究[D]. 李霏.浙江大学 2011
[5]耦合仿生抗冲蚀功能表面试验研究与数值模拟[D]. 张俊秋.吉林大学 2011
[6]仿生蜘蛛振动感知的硅微加速度传感器研究[D]. 汪延成.浙江大学 2010
硕士论文
[1]蝎子栉器结构及其气敏特性仿生研究[D]. 张卡.吉林大学 2018
[2]活体蝎子体表抗冲蚀特性机理及评价模型[D]. 朱斌.吉林大学 2018
[3]不同生境下蝎子体表抗冲蚀特性的比较仿生研究[D]. 杨明康.吉林大学 2017
本文编号：3584518
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种类型的结构型应变传感器（a）弯曲回旋型应变传感器[17]
第 1 章 绪 论合应变传感器，也就是在加工出一定结构的前提下经过自生长、自组装的方式制造而成的多级结构—材料复合型应变传感器。例如断裂的多壁纳米纤维束[26]和层片状堆叠而成的石墨烯[27]以及于织物纤维上复合生长的石墨烯片层[28]等等，如图 1.2(g-i)。
这为研究设计新型水上交通工具乃至人类水上行走提供了重要理论依据。图1.3 生物超疏水表面（a-c）荷叶[43]；（d-f）水黾[46]1.3.2 生物减阻功能结构在自然界中，为了实现快速运动的目的，便于捕食和逃脱天敌追赶，许多生物都进化出了性能优异的具有减阻功能的外部形态和表面结构，以此来减小运动过程中的阻力。蜣螂、步甲虫、蝼蛄、穿山甲等典型土壤动物长期在黏度大湿度高的土壤环境中穿梭，其体表均进化出了能够实现减阻脱附功能的粗糙表面形态[48-50]。如图1.4 所示，不同土壤动物体表非光滑单元形态有所区别[47][51]，例如步甲虫体表非光滑单元形态为凹坑形，蜣螂头部非光滑单元形态为凸包形，而穿山甲鳞片非光滑单元形态则为波纹形。土壤动物正是依靠这些非光滑形态，完美地解决了土壤粘附问题。同时基于此类减阻脱附功能表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种仿生感觉毛气流传感器[J]. 边义祥,张弋,何灿,孙凯旋,刘榕榕. 传感技术学报. 2017(11)
[2]传感器的未来发展概述[J]. 代笠,肖砷宇. 科技广场. 2013(05)
[3]地面机械脱附减阻仿生研究进展[J]. 任露泉. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(09)
[4]传感器技术的应用与发展趋势分析[J]. 杨大丽. 科技信息(科学教研). 2007(24)
[5]典型生物非光滑理论及其仿生应用[J]. 王淑杰,任露泉,韩志武,邱兆美. 农机化研究. 2005(01)
[6]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
[7]Significance and Progress of Bionics[J]. Yongxiang Lu Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, P.R. China. Journal of Bionics Engineering. 2004(01)
[8]几何非光滑典型生物体表防粘特性的研究[J]. 任露泉,丛茜,陈秉聪,吴连奎,李安琪,景德璋. 农业机械学报. 1992(02)
博士论文
[1]蝎子体表超敏蛊毛感受器的感知机理与仿生研究[D]. 陈道兵.吉林大学 2018
[2]基于蝎子缝感受器的仿生应变感知结构制造及性能研究[D]. 宋洪烈.吉林大学 2017
[3]典型贝类壳体生物耦合特性及其仿生耐磨研究[D]. 田喜梅.吉林大学 2013
[4]跳跃昆虫的运动仿生与感知仿生研究[D]. 李霏.浙江大学 2011
[5]耦合仿生抗冲蚀功能表面试验研究与数值模拟[D]. 张俊秋.吉林大学 2011
[6]仿生蜘蛛振动感知的硅微加速度传感器研究[D]. 汪延成.浙江大学 2010
硕士论文
[1]蝎子栉器结构及其气敏特性仿生研究[D]. 张卡.吉林大学 2018
[2]活体蝎子体表抗冲蚀特性机理及评价模型[D]. 朱斌.吉林大学 2018
[3]不同生境下蝎子体表抗冲蚀特性的比较仿生研究[D]. 杨明康.吉林大学 2017
本文编号：3584518
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