SPEEDO推出的鲨鱼皮泳衣。
泳衣的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤
生物学家发现，鲨鱼的皮肤非常粗糙，表面排列着无 数个细小的V形皱。当水分子沿着这些棘齿流过时，产生 无数微型的涡流，从而减少了摩擦阻力，使得鲨鱼能高速 地在水中前进。
鲨刻烃(仿生鲨鱼皮)成功量产
生鲨鱼皮电镜照片
鲨鱼外壳在飞机初步实验成果
Benchert等的飞机减阻实验验证了减阻3%的可能效果， 并初略计算出由此产生巨大的经济效应： 3%的减阻→3%油耗→节省1% 操作费用，省下的2.4 吨油 的载重可以多运送15名乘客→多赚6%的利润→每年每机可多 挣100万美元.
四、蜘蛛丝
蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优 势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及 高强合纤Aramid、Kelve，等强度相接近，但它的韧性 明显优于上述几种纤维。 蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸、丙氨酸及小部分的 丝氨酸，加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。
功能仿生 功能仿生
使人造的机械能够部分地实现诸如思维、感知、运 使人造的机械能够部分地实现诸如思维、感知、运 动和操作等高级动物功能的仿生技术。 动和操作等高级动物功能的仿生技术。 模拟生物的各种特点或特性而进行各种材料开发， 模拟生物的各种特点或特性而进行各种材料开发， 以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生 以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生 物材料的观点来考虑材料的设计与制作。 物材料的观点来考虑材料的设计与制作。 研究人体结构与精细结构的静力学性质，以及人体 研究人体结构与精细结构的静力学性质，以及人体 组成部分在体内相对运动和人体运动的动力学性质。 组成部分在体内相对运动和人体运动的动力学性质。
蜘蛛丝
பைடு நூலகம்
人造蜘蛛丝——生物钢丝
蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？
¾ 蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达3克重 ¾ 即使拉伸10倍以上也不会断掉 ¾ 它的强度是同样粗细的钢丝的5倍 ¾ 是强度最大的天然高分子化合物 ¾ 主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物 ¾ 由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉 ¾ 蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭受风吹、雨打和 日晒，却仍然保持一定的粘着力 ¾ 蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看都是生物建筑学上的重要成果
1.2 研究意义
生物医学领域，仿照天然生物材料制备出具有生物功 能，甚至是真正有生物活性的材料成为生物材料科学极为 活跃的前沿研究领域。
1.3 仿生材料设计方法
结构仿生 结构仿生 通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中 通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中 一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。 一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。
仿生设计——炭纳米管壁虎脚
利用结构可控的直立型碳纳米管阵列制成。
（4×4）平方毫米 的碳纳米管阵列： （1）吸附在垂直 玻璃的表面上悬挂 一瓶约650克的瓶 装可乐饮料； （2）吸附在垂直 的砂纸表面上悬挂 一个金属钢圈。
三、鲨鱼仿生
灰鲭鲨
大白鲨
灰鲭鲨是鲨鱼中流线型很完美的一种鲨鱼， “海上霸主” 大白鲨游行速度最快能达到70-80公里/小时 。
奥妙被揭开
外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和 强度，其原因在于： ¾ 蜘蛛丝中不规则的蛋白质分子链使蜘蛛丝具有弹性 ¾ 蜘蛛丝中有规则的蛋白质分子链使蜘蛛丝具有强度 ¾ 在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋线 ¾ 看上去像长长的浸泡过某种液体的“弹簧” ¾ 当它被拉伸时，像“弹簧”一样会竭力返回原来的长度 ¾ 而当它缩短时，本身又会吸收振动能量并转变为热能
仿生材料
阳范文
生物医学工程系
探索神秘的大自然，揭示其中的奥秘！
目录
¾ 仿生材料概述 ¾ 壁虎仿生 ¾ 鲨鱼皮仿生 ¾ 蜘蛛仿生 ¾ 竹木仿生 ¾ 贝壳仿生
一、仿生材料概述
1.1 仿生材料的定义
仿生材料指从分子水平上研究生物材料的结构特点、 构效关系，进而研发出类似或者优于原生物材料的一门新 兴科学，是化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。
蜘蛛人玩具: 高15cm、重40g 覆盖0.5cm2壁虎胶带


利用PI的微突起结构设计壁虎胶带。
单个微突起: ～200nN PI胶带: 2 1cm ～3N(300g)， 2 200cm ～600N(60Kg) 干型粘合，反复使用。
聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片 （单个微突起：直径0.5μm，高2μm，间隔1.6μm）
二、壁虎仿生
壁虎飞檐走壁的奥秘－完全的范德华力
壁虎及其脚趾的“英姿”
壁虎的脚上 覆盖了一层非常细小的绒毛
干型高分子粘合剂的仿生探索设计
大量的规整微突起结构 壁虎的刚毛结构
获得类似于刚毛的粘合力
a
b
a. 壁虎脚单根刚毛 b. 每根刚毛末端的细分叉 c.美国科学家发明的壁虎脚
c
仿生设计——聚酰亚胺(PI) 壁虎脚
• 壁虎胶带——仿生干型高分子粘合材料 • 聚酰亚胺薄膜 • 利用全范德华力作用原理微制造而成 • 具有紧密排列的规整微突起结构 • 1cm2: ～3N(300g)
Autumn K.,et al, Nature,2000,405:681685 Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-12256
鲨鱼皮泳衣
2008年2月，“第四代鲨鱼皮”泳衣投入市场。随后的短短两周，14项游泳世界 纪录被打破，其中13项都由身着这新款泳衣的运动员打破。 6月30日，美国游泳奥运选拔赛开幕首日，身披“第四代鲨鱼皮”泳衣的世界泳 坛“金童玉女”之称的菲尔普斯和霍夫便分别改写了400米混合泳男、女世界纪录， 大显神威。
材料仿生 材料仿生
力学仿生 力学仿生
1.4 仿生材料研究进展
天然生物材料 鲨鱼皮 荷叶 壁虎脚底 贝壳 骨骼 竹子 蜘蛛丝 海豚皮肤 芒刺 仿生应用 游泳服、输油管道内壁 超疏水表面，自清洁界面 超强粘性手套，非黏性黏合剂 陶瓷材料增韧、抗子弹陶瓷材料 羟基磷灰石的生物医学应用，哑铃形SiC晶须 纤维增强复合材料设计 防弹衣，生物钢 舰船外壳包覆层 尼龙搭扣