仿生設(shè)計(jì)的案例
“來自大自然的驚喜”——仿生設(shè)計(jì)
大自然就是設(shè)計(jì)師最好的靈感庫，
自然中的動(dòng)物、植物以及肉眼不易察覺的微生物都值得我們?nèi)グl(fā)掘和借鑒。
也許現(xiàn)在還有很多人不太清楚仿生設(shè)計(jì)的概念，以為仿生設(shè)計(jì)就是一個(gè)對(duì)大自然事物外形的仿生。
其實(shí)不然，仿生設(shè)計(jì)是對(duì)大自然界中的
“形態(tài)”、“色紋”、“聲音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”
等為對(duì)象，
有選擇地在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，在某種意義上，仿生設(shè)計(jì)學(xué)可以說是仿生學(xué)的延續(xù)和發(fā)展。
今天老工則分別以不同的案例來展示每一種仿生方式，希望大家看過后能夠獲得更多的設(shè)計(jì)靈感~
一、“形態(tài)”仿生：
“形態(tài)”仿生是仿生設(shè)計(jì)種最為常見的一種仿生形式。
1、鹿角插座
設(shè)計(jì) :佐藤大
該插座的頂部靈感來源于鹿角形態(tài)，除了外形的模仿外，它的存在嗨為插座增加了可收納放置的功能，方便
手機(jī)充電時(shí)的拿取。
2、CLERD-云形狀的空調(diào)
設(shè)計(jì) :Yeonkyung Jeong
靈感來源于云朵的空調(diào)設(shè)計(jì)，這種更具然的形態(tài)設(shè)計(jì)會(huì)令人們的生活空間更舒適。
3、東京2020奧運(yùn)火炬
設(shè)計(jì) :Tokujin Yoshioka
2020奧運(yùn)會(huì)的火炬設(shè)計(jì)，外形靈感來源于日本國花櫻花的花瓣。
4、小鳥文具
設(shè)計(jì) :BKID CO
該設(shè)計(jì)靈感來源于小鳥，是一款仿生文具盒設(shè)計(jì)。
展開 基于solidThinking的車身外覆蓋件仿生設(shè)計(jì)
所以對(duì)中部的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化仿生設(shè)計(jì)，使其滿足外覆蓋件的結(jié)構(gòu)性 能要求就是本文的重點(diǎn)。
3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證
參考對(duì)標(biāo)車型中的長寬高尺寸，在Evolve軟件中建立車身外形蒙皮曲面，考慮外覆蓋支撐梁的一般設(shè)計(jì)尺寸，將曲面加厚成實(shí)體曲面，作為設(shè)計(jì)空間整體導(dǎo)入Inspire中。
車身覆蓋件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般會(huì)考察頂壓、雪載、SLAM分析等，考慮車身覆蓋件的一般濫用力情況，建立整體的四種工況如下表。
表1 工況載荷表
在軟件中約束是紅色的小圓錐表示，而載荷是紅色的箭頭表示。由于結(jié)構(gòu)是概念設(shè)計(jì)階段， 不考慮重力帶來的相關(guān)影響。加載好的模型見圖2.
圖2 車身外覆蓋件設(shè)計(jì)空間
軟件采用的是拓?fù)鋬?yōu)化的經(jīng)典理論，即優(yōu)化三要素為：設(shè)計(jì)變量單元密度，設(shè)計(jì)目標(biāo)柔度最小，設(shè)計(jì)約束體積分?jǐn)?shù)小于某一個(gè)數(shù)值（一般為30%）。在Inspire中對(duì)模型的有限元處理是自動(dòng)化的，即不需要手工進(jìn)行網(wǎng)格劃分，只需要設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)即可。這里通過設(shè)定不同的體積分?jǐn)?shù)約束可以取得不同的方案。經(jīng)過計(jì)算，結(jié)果如下圖3所示。
分析四種方案的結(jié)果，都出現(xiàn)了樹枝狀的仿生結(jié)構(gòu)，說明在覆蓋件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樹枝狀的結(jié)構(gòu)可以為其提供更大的剛度，得到更好的性能。然而四種結(jié)構(gòu)都沒有明顯的給出各個(gè)子面板的具體形狀結(jié)構(gòu)，難以進(jìn)行加工制造。如此，經(jīng)過驗(yàn)證，車身外覆蓋件可以進(jìn)行基于優(yōu)化的仿生設(shè)計(jì)。
圖3 不同優(yōu)化參數(shù)下的計(jì)算結(jié)果
4 設(shè)計(jì)流程
根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的思路，建立設(shè)計(jì)流程如下：
1.
展開 十款仿生產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)
04、Kemitt鯊魚頭仿生設(shè)計(jì)
Kemitt_將鯊魚頭仿生設(shè)計(jì)，賦予了餐桌可愛的特質(zhì)。
05、Baby M兒童監(jiān)視器
在設(shè)計(jì)過程中，鳥兒的主要特征被提取和簡化，創(chuàng)造出這種獨(dú)特的產(chǎn)品形式，使環(huán)境、產(chǎn)品和人之間的互動(dòng)更加有趣。使用時(shí)，Baby M像一只棲息在樹枝上的鳥兒，正在向嬰兒唱歌。
Baby M通過技術(shù)完善了嬰兒護(hù)理的過程。所有功能都可以通過其應(yīng)用程序進(jìn)行管理，包括跟蹤嬰兒的健康狀況和管理設(shè)備的工作狀態(tài)。
0
6、榛果便攜快客杯
源自《冰河時(shí)代》呆萌、憨憨的松鼠摯愛松果為靈感設(shè)計(jì)，融入生活日常所見又自帶萌
系基因。突破傳統(tǒng)泡茶的束縛，嵌入式收納，一體成型化設(shè)計(jì)。
07、
OM lounge chair
設(shè)計(jì)：ODESD2 design bureau；Igor Pinigin
根據(jù)仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)師創(chuàng)造了一種富有表現(xiàn)力的家具，其中椅子的塑料部分像蘭花花瓣，而鋼制底座則像螳螂。OM椅子視覺感官上十分輕巧，具有所有人體工程學(xué)特性，并且360度旋轉(zhuǎn)的特性可讓腿部保持舒適的姿勢。
展開 10個(gè)關(guān)于“鳥”的仿生設(shè)計(jì)
仿生設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)領(lǐng)域中常見的設(shè)計(jì)手法，不僅深受設(shè)計(jì)師們喜愛，也給使用者帶來很大的愉悅感，以自然界萬物為原型，對(duì)大自然中的“形態(tài)”、“色紋”、“聲音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”等為對(duì)象，有選擇地在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，生動(dòng)有趣！
今天我們來看看10個(gè)關(guān)于“鳥”的仿生設(shè)計(jì)，希望帶給大家好的靈感~
01、CLIPPY-情緒燈
設(shè)計(jì)：JunYoung Jang、Joonhyeok Heo
這是一款便攜式夾式情緒燈設(shè)計(jì)，當(dāng)把它夾到桌子、沙發(fā)或需要照明的地方時(shí)，就像一只鳥坐著陪伴你！
02、投影儀
設(shè)計(jì)：FUFU
FUFU的喙投影儀從鳥類中汲取設(shè)計(jì)靈感，尤其是巨嘴鳥，它可以將頭和長喙整齊地塞在脖子上。有趣的設(shè)計(jì) + 創(chuàng)新的靈感使這款投影機(jī)成為您的必備品！
03、小鳥棉簽盒
設(shè)計(jì)：余杰俊
一只炸毛小鳥的棉簽盒設(shè)計(jì)，可愛有趣！
04、桌面擺件
設(shè)計(jì)：Geonwoo Kim
以小鳥形態(tài)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，抽象的邏輯和簡潔的表達(dá)，賦予產(chǎn)品靈動(dòng)的生命。
05、小鳥過鏡，不留痕跡
設(shè)計(jì)：享伽家居
簡單的幾何線條處理，勾勒出憨態(tài)的小鳥形象，軟軟的肚皮，可以幫你解決很多小問題。剛洗完澡的浴室，霧氣蒙蒙，鏡子里看不清人影，這個(gè)時(shí)候，用它撥開鏡中迷蒙，儀式感滿滿。剛切完菜的臺(tái)面，雜亂不堪，廚余散亂四處，這個(gè)時(shí)候，用它掃除桌上臟亂，輕松簡單。用水給它沖個(gè)澡，立馬干干凈凈，隨手掛，不占空間！
展開 
回歸自然的——“仿生設(shè)計(jì)”
好的設(shè)計(jì)是“有序”的
那怎樣才是有序的設(shè)計(jì)？
那就是來自造物主——大自然所賦予的
也就是所謂的仿生設(shè)計(jì)
仿生學(xué)主要是觀察、研究和模擬
自然界各種各樣的生物
并借此為自己提供新的設(shè)計(jì)靈感
所以今天老工整理了
部分仿生設(shè)計(jì)產(chǎn)品
希望大家能夠從中尋找到新的設(shè)計(jì)靈感~
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“小鳥仿生”篇
1、筆筒設(shè)計(jì)
這款筆筒設(shè)計(jì)來自韓國BKID設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，靈感來源于熱帶鳥的彩色尾翼，清新可愛，曾獲2013年的紅點(diǎn)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。
2、臺(tái)燈設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)師靈感來源于鳥兒的翅膀。它的側(cè)面是細(xì)長的等腰梯形，兩個(gè)斜面掏空，讓燈光從兩頭出來。燈罩是微微傾斜的，恰如小鳥斜立的姿態(tài)，簡單優(yōu)美。
這款燈的燈罩是橡木制作的，方向可調(diào)，里面有一個(gè)燈泡。有吊燈、臺(tái)燈和落地?zé)舳喾N。
3、燈具設(shè)計(jì)
同樣的靈感來源，這款小鳥燈具的設(shè)計(jì)師以另一種全新的角度和表現(xiàn)手法設(shè)計(jì)出了與上圖完全不同的燈具感覺。
4、雕塑設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)師
“我注意到人們喜歡撿起鳥，拿著它。這在某種程度上是一種平靜
”，所以設(shè)計(jì)師將鳥兒重新設(shè)計(jì)，變成家庭或者辦公室的一種新的裝飾。
展開 Altair Inspire仿生優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡直酷的不行！
相較于工程師/設(shè)計(jì)師的工程直覺和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用Altair Inspire拓?fù)鋬?yōu)化后的造型更趨近于有機(jī)造型(仿生設(shè)計(jì)）。因此，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)也可以作為設(shè)計(jì)靈感的來源，并提供合理的結(jié)構(gòu)以及性能。同時(shí)可通過3Dprinting 打印出來。附上設(shè)計(jì)視頻，來看看吧！
研究人員利用仿生學(xué)和3D打印開發(fā)機(jī)器魚
來自土耳其菲拉特大學(xué)的一組工程研究人員正在使用仿生設(shè)計(jì)為不同的海洋應(yīng)用提供靈活的解決方案，如觀察生物、檢查水下資源、發(fā)現(xiàn)和防治污染、海岸線安全、測量淹沒區(qū)域和管道故障檢測等。
3D打印機(jī)器魚詳細(xì)機(jī)械配置
據(jù)悉，研究人員受鯉魚啟發(fā)，最近發(fā)表了一篇關(guān)于他們使用3D打印、機(jī)器人和仿生學(xué)開發(fā)自主水下航行器（AUV）的“智能仿生機(jī)器魚設(shè)計(jì)與制造”的論文。
在設(shè)計(jì)3D打印仿生機(jī)器魚時(shí)，需著重考慮的是其身體結(jié)構(gòu)和游泳模式，因此研究人員花了很多時(shí)間進(jìn)行觀察和研究。據(jù)研究表明，超過85％的魚是通過彎曲身體或尾鰭（也稱為BCF）進(jìn)行游泳，而其余魚則用奇鰭或胸鰭（MPF）進(jìn)行游泳。
一段時(shí)間內(nèi)鯽魚向前和轉(zhuǎn)泳模式說明圖
“機(jī)器魚設(shè)計(jì)有兩種方法。首先是仿生設(shè)計(jì)，它具有一定的要求，例如尾部的大小和關(guān)節(jié)數(shù)量，以提供身體行波，以及能夠控制重心保持在一定深度。”研究人員寫道。“第二種設(shè)計(jì)方法僅使用魚類的運(yùn)動(dòng)效果。”
機(jī)器魚原型的自主游泳性能
據(jù)了解，菲拉特大學(xué)的機(jī)器魚原型復(fù)制了BCF型游泳模式及其推進(jìn)式伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)尾部機(jī)制，它還具有前部、剛性、魚雷形狀的主體，用于容納所有傳感器和電子設(shè)備，當(dāng)然，還有重心（CoG）控制機(jī)構(gòu)，用于上下移動(dòng)。
因?yàn)闄C(jī)器魚在游泳時(shí)需要能夠感知環(huán)境中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體，所以研究人員在它們身上添加了三個(gè)夏普紅外距離傳感器，重量約為3.1千克，長約500毫米，寬76毫米，高215毫米。
前瞄準(zhǔn)器和瞄準(zhǔn)角設(shè)計(jì)
這項(xiàng)研究提出了基于生物游泳啟發(fā)的智能機(jī)器魚原型（i-RoF）的仿生設(shè)計(jì)和制造，以執(zhí)行現(xiàn)實(shí)世界的探索和測量任務(wù)。為了測試安裝部件的密封性能，研究人員在測試池中運(yùn)行了6小時(shí)。
未來，研究人員將圍繞使用不同的控制結(jié)構(gòu)檢查3D打印機(jī)器魚原型的閉環(huán)控制性能，以及測試其在不同水道中的游泳能力。
展開 基于Inspire的公交站臺(tái)頂棚支架結(jié)構(gòu)及鑄造工藝澆注系統(tǒng)優(yōu)化
摘要: 借助 Inspire 平臺(tái)，模具及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師可快速對(duì)接，對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。本文 通過公交站臺(tái)頂棚支架結(jié)構(gòu)為案例，介紹了 Inspire 平臺(tái)軟件的功能以及應(yīng)用方法。應(yīng)用表 明 Inspire 能快速獲取優(yōu)化結(jié)構(gòu)，通過 Inspire Cast 能快速判斷鑄造缺陷，指導(dǎo)修改澆注系 統(tǒng)，并對(duì)改進(jìn)后的工藝方法進(jìn)行驗(yàn)證。
1 概述
仿生設(shè)計(jì)以自然界萬事萬物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”等為研究對(duì)象，有選擇 地在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)的研究成果，為設(shè)計(jì)提供 新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上，仿生設(shè)計(jì)學(xué)可以說是仿生學(xué) 的延續(xù)和發(fā)展，是仿生學(xué)研究成果在人類生存方式中的反映。
仿生設(shè)計(jì)學(xué)作為人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)與自然界的鍥合點(diǎn)，使人類社會(huì)與自然達(dá)到了高度 的統(tǒng)一，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過程中新的亮點(diǎn)。自古以來，自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù) 原理及重大發(fā)明的源泉。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各 樣的奇異本領(lǐng)，吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７隆Ｈ祟愡\(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)能力，開始了對(duì) 生物的模仿，并通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，制造出簡單的工具，增強(qiáng)了自己與自然界斗爭的本領(lǐng) 和能力。
本文通過利用 Inspire 的優(yōu)化獲取接近自然的仿生結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過 3D 打印與鑄造工藝-熔 模鑄造的方法獲得結(jié)構(gòu)鑄件，其中，Inspire Cast 在模具設(shè)計(jì)中能輔助工程師快速發(fā)現(xiàn)模具 缺陷，指導(dǎo)修改澆注系統(tǒng)，減少模具開發(fā)周期，最后通過 Evolve 渲染獲得該結(jié)構(gòu)在公交車 站頂棚的表現(xiàn)。
2 有限元模型的建立
由于頂棚支撐結(jié)構(gòu)常年暴露室外，所受環(huán)境因素多變，現(xiàn)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的常見載荷情況 進(jìn)行有限元分析及獲取仿生結(jié)構(gòu)。
展開 生物力學(xué)與仿生材料新進(jìn)展！
圖1 材料通過微觀組織結(jié)構(gòu)再取向?qū)崿F(xiàn)綜合力學(xué)性能的全面同步提升
此外，針對(duì)自然界長期“軍備競賽”形成的主要用作武器的天然生物材料，該研究組闡明了其主要的種類、形式與組織結(jié)構(gòu)特征，從材料科學(xué)與力學(xué)角度揭示了其同步實(shí)現(xiàn)進(jìn)攻與防護(hù)效果的性能優(yōu)化機(jī)理，并提煉了共性的仿生材料設(shè)計(jì)原則，包括從宏觀外形與尺寸到微納米組織結(jié)構(gòu)的多尺度設(shè)計(jì)、與局部應(yīng)力狀態(tài)相匹配的空間梯度設(shè)計(jì)、自適應(yīng)與自修復(fù)功能設(shè)計(jì)，以及配套與支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
特別是研究發(fā)現(xiàn)，作為典型的自然武器材料，主要由無機(jī)礦物組成的大熊貓牙釉質(zhì)能夠在發(fā)生變形與損傷后在微納米尺度進(jìn)行顯著的自動(dòng)回復(fù)，這主要得益于其高密度的富含有機(jī)質(zhì)的微觀界面和巧妙的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即組成牙釉質(zhì)的無機(jī)礦物單元在微納米尺度均沿咬合方向規(guī)則排列，而礦物之間的界面以天然有機(jī)質(zhì)填充，如圖2所示。牙釉質(zhì)的變形、損傷與自動(dòng)回復(fù)微觀上都是以界面為媒介實(shí)現(xiàn)的，水分子能夠?qū)ψ孕迯?fù)效應(yīng)起到顯著的促進(jìn)作用，這主要?dú)w因于牙釉質(zhì)界面中的天然有機(jī)質(zhì)在水合條件下會(huì)發(fā)生溶脹、高分子鏈柔性提高、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低等轉(zhuǎn)變。
圖2 大熊貓牙釉質(zhì)微納米尺度組織結(jié)構(gòu)及其自修復(fù)效應(yīng)與微觀機(jī)制
上述研究成果能夠?yàn)樾滦透咝阅苋嗽?em>仿生材料設(shè)計(jì)提供有益的啟示和指導(dǎo)。目前，該研究組正致力于利用上述原則設(shè)計(jì)研發(fā)新型的仿生材料，并且在人牙匹配型仿生復(fù)合義齒材料、高強(qiáng)高導(dǎo)電接觸材料等方面取得了新進(jìn)展，有望顯著提升材料的性能和使用效果，更好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
展開 載能電刀仿生防粘表面技術(shù)
國內(nèi)外解決組織粘刀做了大量嘗試研究，主要有兩種途徑，一種是采用低表面能合金涂層或聚合物涂層，另一種是在表面上設(shè)計(jì)加工出微納結(jié)構(gòu)等。但兩種途徑均存在一些不足，防粘效果尚未達(dá)到微創(chuàng)手術(shù)的技術(shù)要求，如合金涂層可靠性差易剝落，且僅依靠涂層防粘能力有限；聚合物涂層高溫易分解會(huì)釋放有害物質(zhì)；器械表面微納結(jié)構(gòu)防粘能力有限，且強(qiáng)度不足易破壞失效。因此，為解決載能電刀粘刀，迫切需要探索新的防粘措施。
自然界動(dòng)植物經(jīng)數(shù)億萬年優(yōu)勝劣汰，在適應(yīng)多樣生存環(huán)境過程中逐漸進(jìn)化形成了許多特異結(jié)構(gòu)和優(yōu)異表面功能機(jī)制，為仿生設(shè)計(jì)超滑防粘表面提供豐富樣本庫，如豬籠草口緣超濕滑防粘現(xiàn)象等。北京航空航天大學(xué)的劉光、張鵬飛、陳華偉以及吉林大學(xué)的韓志武、北京航空航天大學(xué)的張德遠(yuǎn)在《載能電刀仿生防粘表面技術(shù)》一文中，通過揭示豬籠草表面防粘的原理、機(jī)制，并將其應(yīng)用到載能手術(shù)器械中，提出載能手術(shù)刀仿生設(shè)計(jì)新理論，探索建立仿生防粘表面制備技術(shù)體系，為解決載能手術(shù)器械軟組織防粘提供新思路。
來源：機(jī)械工程學(xué)報(bào)
展開 中國科大俞書宏教授：仿盾皮魚魚鱗制備人造盔甲研究取得重要進(jìn)展
這種由仿生螺旋結(jié)構(gòu)所帶來的復(fù)雜裂紋擴(kuò)展形態(tài)與常規(guī)纖維增強(qiáng)材料的類平面裂紋延伸形成了鮮明的對(duì)比，由于（仿生螺旋結(jié)構(gòu)材料）在單位主裂紋長度上具有更大的破壞界面面積，因此具有更大的能量吸收亦即更為優(yōu)異的損傷抵抗能力。
圖二：仿生設(shè)計(jì)和力學(xué)表征。（a-b）刷涂與層積結(jié)合的仿生組裝策略：借助于刷毛特殊的非對(duì)稱錐形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉普拉斯壓差、刷毛有序滑動(dòng)產(chǎn)生的剪切作用力以及基底上粘稠聚合物對(duì)微納米纖維的限位效應(yīng)，包括羥基磷灰石微納米纖維、碳酸鈣晶須、硅酸鈣納米線和銀納米線在內(nèi)的多種一維微納材料均可以實(shí)現(xiàn)高度有序地排布；（c）仿生螺旋膠合板微結(jié)構(gòu)人工材料;（d）仿生結(jié)構(gòu)材料與自然材料的性能對(duì)比；（e）仿生結(jié)構(gòu)材料與羥基磷灰石基生物醫(yī)用材料的性能對(duì)比；（f）仿生結(jié)構(gòu)材料與已有仿生材料和工程材料的性能對(duì)比。
力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由羥基磷灰石微納米纖維和海藻酸鈉所構(gòu)筑的仿生螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度達(dá)260 MPa，彎曲模量達(dá)16 GPa，斷裂韌性達(dá)9.5 MPa·m1/2，優(yōu)于許多自然生物材料（如木頭、骨密質(zhì)和牙釉質(zhì)等）、人工仿生合成材料（如磷灰石基生物醫(yī)用材料和合成珍珠母等）和現(xiàn)有工程材料（如環(huán)氧樹脂、尼龍、碳化硅和氧化鋁基陶瓷等）。所提出的仿生設(shè)計(jì)制備策略能夠擴(kuò)展至其他微納米材料體系中，同時(shí)具有可程控、可擴(kuò)大化和低能耗等優(yōu)勢，該策略無疑將為設(shè)計(jì)制備更多基于微納米纖維的先進(jìn)仿生復(fù)合材料提供了一種可行的制造方法。
為了更深入理解這種仿生螺旋結(jié)構(gòu)材料的承載變形行為和失效機(jī)理，俞書宏研究團(tuán)隊(duì)與我校吳恒安教授課題組開展了合作。
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仿生纖維水凝膠的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
仿生纖維水凝膠將分子或納米膠體結(jié)構(gòu)單元分級(jí)組裝成原纖維，然后進(jìn)行成束、分支，交聯(lián)和/或纏結(jié)而形成水凝膠。本綜述中，討論了原纖維水凝膠的設(shè)計(jì)、類型、結(jié)構(gòu)、各向異性、化學(xué)功能化，性質(zhì)和應(yīng)用。自下而上方法制備的水凝膠，分子或納米顆粒結(jié)構(gòu)組裝成絲狀水凝膠的原纖維；研究天然ECM的纖維成分，模仿水凝膠基質(zhì)中ECM結(jié)構(gòu)的重要性；分析不同類型的結(jié)構(gòu)單元和組裝機(jī)理；比較仿生纖維水凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
【成果簡介】
近日，加拿大多倫多大學(xué)的Eugenia Kumacheva（通訊）作者等人，探討仿生人造納米纖維水凝膠的設(shè)計(jì)和性質(zhì)；討論肽、嵌段共聚物蠕蟲狀膠束和絲狀納米粒子組裝成纖維水凝膠；研究結(jié)構(gòu)與物理和生化特性之間的關(guān)系；研究3D細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程的潛在應(yīng)用；比較天然和人造纖維水凝膠的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。最后，評(píng)估當(dāng)前的挑戰(zhàn)和該領(lǐng)域的未來方向。相關(guān)成果以“Design and applications of man-made biomimetic fibrillar hydrogels”為題發(fā)表在Nature Reviews Materials上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 1 納米原纖維細(xì)胞外基質(zhì)
（a）體內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）纖維的圖像：上圖，小鼠主動(dòng)脈外膜中彈性纖維的SEM）圖像；中圖，膠原水凝膠中膠原纖維的SEM圖像；下圖，細(xì)胞衍生的3D基質(zhì)中免疫熒光染色的纖連蛋白的共聚焦顯微鏡圖像。
（b）原纖維結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)傳導(dǎo)和生長因子信號(hào)傳導(dǎo)的影響。
展開 江雷院士、陳華偉教授《自然·材料》：液體超高速傳輸新原理
進(jìn)一步揭示了高低棱多級(jí)微納結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)超高速傳輸?shù)挠绊懸?guī)律，提出超高速輸送高低棱結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。研究成果可應(yīng)用于微流體芯片、高效散熱結(jié)構(gòu)、液體收集與海水淡化裝置等亟需高速液體收集與傳輸?shù)念I(lǐng)域。
圖3 液體超高速輸送仿生結(jié)構(gòu)
該研究得到了國家自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目（51725501）、重點(diǎn)項(xiàng)目（21431009）等的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0171-9 來源：北京航空航天大學(xué)
研究 \\ 一種生物啟發(fā)設(shè)計(jì)制備的保溫仿生氣凝膠
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圖文導(dǎo)讀
圖1.仿生水泥氣凝膠。
圖2.水泥氣凝膠的設(shè)計(jì)與微觀結(jié)構(gòu)。
圖3.水泥氣凝膠的力學(xué)性能。
圖4.水泥氣凝膠的耐熱性和阻燃性。
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《先進(jìn)功能材料》首爾國立大學(xué)設(shè)計(jì)出具有變色能力的仿生柔性致動(dòng)器
在一篇發(fā)表于Advanced Functional Materials的論文中，首爾國立大學(xué)的Jinhyeong Kwon博士和Seung Hwan Ko教授及其同事設(shè)計(jì)了具有仿生致動(dòng)能力的色移各向異性柔性致動(dòng)器（CASA）。
Hyeonseok Kim說道：“傳統(tǒng)熱操作柔性致動(dòng)器具有局限性，因?yàn)槠涔δ苋Q于整個(gè)設(shè)備的幾何形狀，并且加熱器的設(shè)計(jì)很復(fù)雜。然而，利用聚合物的各向異性熱膨脹特性，我們可以通過簡單地改變聚合物的方向來輕松地編制程序。“
具有不同縱橫比的CASA可以在加熱時(shí)以相同的曲率在相同方向上彎曲，而且在冷卻后恢復(fù)到初始形狀。通過將低密度聚乙烯薄膜（LDPE膜）的縱向方向相對(duì)于致動(dòng)器的縱向方向改變至90°，在寬度方向上會(huì)產(chǎn)生扭曲和彎曲。
Hyeonseok Kim說：“通過在上述致動(dòng)聚合物上應(yīng)用熱敏顏料，我們可以成功模擬動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)和著色。這可能會(huì)在仿生柔性致動(dòng)器領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。”
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201801847
來源：Wiley
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