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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
海鳗的发电器瞬间可以发出
800伏的电压，足以电死一头大象，
仿生材料的但研是它究的内发电容器不是金属等导电器
材，而是蛋白质的分子集合体。
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
仿生材料的研究内容
深海里有一种软体动物，其身体由细 胞材料所构成，却可承受很高的海水压 力而自由地生存着。
神奇的仿生工程
仿生材料前沿
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
仿生材料前沿
卵的壳是石灰质构成的,内部有卵白和卵黄。美国学者发表了非常有趣的假说， 认为卵的结构无论从力学或者工学的观点来思考，都有许多值得学习的地方，人 类现在的包装技术与之相比相形见拙。 相信在不远的将来,通过对有机和无机复 合材料形成技术的研究，不仅在包装技术方面人们会学习和采用生物卵壳的形成 方式，同时在医学科学中也会开创新的领域。
神奇的仿生工程
结构仿生的发展
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2.1 结构仿生简介
神奇的仿生工程
结构仿生的发展
研究哺乳动物骨骼截面形状与承力性能的关系； 研究骨结构流固耦合机理及对载荷分散的影响； 研究鸟类及昆虫的飞行机理，为飞行器设计提供了重要理论依据 ； 结构仿生研究已普遍运用有限元对生物结构进行力学性能分析、仿真和预测
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
仿生材料的研究现状与未来
水果薄膜
西瓜是一种含水量极高的水果，在它的启发下， 人们研制了一种与西瓜纤维素构造相似的超吸水性 树脂，现在已用于废油的回收，既经济又高效。这 种材料如果进一步得到完善的话，将来液体的包装 和输送就可能用一种全新的技术来代替。比如，将 来的饮料就不再是用现在的杯子来装,而是只要用一 片薄膜即可。
从材料学的角度可以把材料仿生分为几大方面：成分和结构仿生、 过程和加工制备仿生、功能和性能仿生。
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
人造丝
早期：模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。 二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法，此
后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性仿等生服材用性料能前研制沿了许多新型纤维。另外人们
还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛 丝也进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完 全一样的人造丝。
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
呼吸材料
仿生材料前沿
动物有肺，能够分离空气中的氧气；鱼有鳃，能够分离溶解在水中的氧气，
观、宏观)的形态以获得灵感，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，提高工
程结构效率。
什么是结构仿生？
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2.1 结构仿生简介
神奇的仿生工程
早期——模拟生物外形，随着对自然认识的深入和研究手段的进步，仿生学 经历了从功能模拟到结构仿生再到信息仿生，从力学仿生到物理仿生再到化学仿 生，从个体仿生到生态仿生再到控制仿生这样一个逐步发展的过程。
神奇的仿生工程
蜘蛛丝，比防弹背心还坚硬
甲壳虫坚硬的外壳
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2.2.1 仿生材料简介
神奇的仿生工程
仿生材料——受生物启发或模仿生物的各种特性而开发的材料。
什么是仿生材料？
仿生材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学， 其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理基础上，发 展新型医用材料，以用于人体组织器官修复与替代，发展仿生高性能工程材 料。
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第二章 结构仿生
2.1 结构仿生简介 2.2 仿生材料 2.3 仿生结构 2.4 仿生系统
神奇的仿生工程
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2.2 仿生材料
神奇的仿生工程
2.2.1 仿生材料简介 2.2.2 天然生物材料特性
2.2.3 天然生物材料结构特征与仿生
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2.2 仿生材料
神奇的仿生工程
天然生物材料 具有适应其环境及功能需要的超复杂结构组装，其表现出的优 异强韧性、功能适应性及损伤愈合能力，是传统人工合成材料无法比拟的。
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神奇的仿生工程
仿生材料的研究内容
研究内容——以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生 物材料的观点来思考人工材料，从生物功能的角度来考虑材料的 设计与制作。迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常 多,可以认为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。
从仿生材料的使用场合来看可分为医用材料、工程材料和功能器件等。
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2.2.1 仿生材料简介
内视镜
用手触摸含羞草的叶片，它就会像动物那 样收缩。在这一种启发下，日本奥林巴斯公 司的植田康弘研制了一种可以伸到小肠里的 内视镜，他在内视镜的筒状部分使用了一种 与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料， 它在肠道流体的压力下，会沿着轴向自动伸 长或弯曲，从而使内视镜的筒状部分与肠道 保持同一形状。
结构仿生的发展
4Hale Waihona Puke 2.1 结构仿生简介 苏联——水生动物(如海 豚)皮肤形态的研究，为 舰艇设计提供仿生思路；
英国——将断裂力学应用 到生物复合材料研究，如 应用鹿角韧性机理进行冲 击防护设计；
中国——赵晓鹏等研究了 短纤维增强复合材料的仿 生模型，哑铃状纤维增强 混凝土试验表明，可使材 料的抗弯强度提高20％；
供给身体使用。人们仿造这种特性，制作了薄膜材料，用于制造高浓度氧气、分
离超纯水等，以达到节省能源以及高分离率的目的。
目前人们正在研制具有动物肺和鱼鳃那样功能的材料，如果研制成功的话，
人类在水底世界的活动将发生一场新的革命。
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2.2.1 仿生材料简介
生物能够高效地进行各种能量间的转换。 随着地球上现在所使用的能源逐渐枯竭，人 类寻求新能源的任务已迫在眉睫，如果能够 找到象某些生物那样能够高效率地进行能量 变换或者能量重组的材料与方法,将为人类 的未来带来希望和光明。
课程简介
课程主要内容
1. 绪论 2. 结构仿生 3. 能量仿生 4. 力学仿生 5. 信息与控制仿生 6. 仿生系统工程
神奇的仿生工程
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第二章 结构仿生
2.1 结构仿生简介 2.2 仿生材料 2.3 仿生结构 2.4 仿生系统
神奇的仿生工程
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2.1 结构仿生简介
神奇的仿生工程
结构仿生——以工程力学原理为基础，研究生物体不同结构层次(微观、细