昆虫仿生(第七章)

模仿的形态包括：体表形态结构、翅的色彩花纹、翅 的鳞片结构、足的形状、昆虫巢穴形态及结构等。
蝴蝶翅膀上的微小鳞 片能够反射光线，上 面覆盖着透明的膜。 随着蝴蝶拍打翅膀， 阳光在穿过翅膀时发 生折射，由于不同波 仿蝴蝶翅膀Mirasol显示屏 长的光折射率不同， 蝴蝶的翅膀看起来呈透明状。Mirasol显示屏能够 产生类似的效果，显示屏能够在强烈的阳光照射 下显示出鲜艳的色彩，使其在阳光下更容易观看。
仿昆虫飞行机理研究MFI

微小昆虫是飞行的佼佼者， 是大自然创造的“微型飞行器”。在 上亿年的飞行进化史中，经过自然 界的不断环境适应和优化选择，在 其形态、运动方式以及利用“新型” 空气动力学原理等方面，达到完美 的程度。这是各国发展MFI技术加 以仿生借鉴的核心。
Entomopter Length: 10 mm

“微型机械飞行虫”（ micromechanical flying Insect, MFI）或“虫型飞机”（ entomopter）就是MAV的一种 。由于其体积小，有很好的隐蔽 性和机动性，最适于在室内或野 外小范围内进行侦察；也可以攻 击载人飞行器及其它目标。将 MFI用于气象数据收集、环境研 究等方面，可大大减少费用。
甲虫触角上的嗅觉传感器模拟
模仿嗅觉感受器的传感器
1.参比电极 2.密封胶 3.鋁丝引线 4.聚酰亚胺膜 5.Si3N4膜 8.聚合物膜 6.SiO2膜
7.保护扩散环
昆虫嗅觉感受器用于机器人导航
将模仿昆虫嗅觉感受 器的生物电子传感器安装 在机器人身上，让机器人 具有嗅觉功能，寻找特定 的靶标位点。
多孔径光学系统装置
人工蜂眼模型 偏振光导航仪
空对地速度计设计原理
模仿昆虫复眼视觉的机器人
昆虫嗅觉仿生
昆虫的嗅觉非常灵敏，有些昆虫 能够感知远在几公里甚至十几公里外 的微量的外激素信息。模仿昆虫灵敏 的嗅觉机能，研究高灵敏度生物传感 器是目前仿生研究的一个重要课题。
触角感受器
秘鲁的一种白色的小蝴蝶，专 门喜欢“亲吻”可卡因树，凡被它 啃咬过的树很快枯萎死亡，可卡因 树的这一“克星”嗅觉非常灵敏， 即使毒品产地隐天地人迹罕至的荒 山僻野中，它也能循味跟踪而至， 于是，警方与生物学家合作，采取 了“蝴蝶行动”，大量繁殖放养的 白色小蝶到处袭击可卡因树，使毒 品贩子因蝴蝶扫毒而大受损失。
2、感觉器官仿生
昆虫视觉仿生
很多昆虫具有与人和其 他动物不同的复眼，其结构 较简单，但功能复杂强大， 是人眼所不及的。
复眼成像原理
昆虫复眼的特殊结构
1. 2. 3. 4. 5. 精巧的定向导航控制系统 多孔径光学系统 运动检测系统 高度平行的信息加工系统 学习与记忆系统
光学系统 前置放大器 探测器
蝴蝶翅膀鳞片仿生
蚊子口器仿生 研究表明，那些咬人不痛的 蚊子的口器结构很特殊：它吸血 时，带有尖锐锯齿的口器像精巧 的手术刀一样切入皮肤，然后把 里面的针器推进去，只造成很小 的切口。与光滑的注射器针头相 比，锯齿形边缘减少了对人体神 经的刺激，降低了疼痛感。
水黾腿部仿生
水黾腿部表面附有数千根按同一方向排列的刚毛， 这些刚毛表面存在特殊结构，使不刺破水面而能产生极 大的表面张力，于是它就可以踩在水面上行走了。目前 国际上已经展开了仿生水黾的水面行走机器人的研发。
步甲御敌自卫
二元化武器与二元化汽油
将不能独立爆炸（燃烧）的中间体分 装在两个容器中，爆炸（使用）前混合。 减少储藏、运输过程中的危险。

模仿自然 超越自然
谢谢各位！
源自文库
昆虫运动功能的仿生
美国研制的昆虫化机器人
国外最新研制的昆虫化机器人
其它特异能力仿生
模仿荧火虫发光原理开发冷光源
模仿蚂蚁觅食的蚁群算法
蚁群算法(ant colony optimization, ACO)，又称蚂蚁 算法，是一种用来在图中寻找 优化路径的机率型算法。其灵 感来源于蚂蚁在寻找食物过程 中发现路径的行为。
带有两个气体感受器的机器人
仿蚕蛾嗅觉传感器的机器人
昆虫听觉仿生
蜂类听觉原理
昆虫的声源定位－反捕猎
一些具有“反捕猎”行为的昆 虫（蛾类）可以聪明地闪避蝙蝠 的超声搜索；这类昆虫鼓膜耳仅 有2个听觉感受器细胞，但能非常 灵敏地侦听出蝙蝠的超声信号。 研究其对声发射、接收、听信息加工及运动调控的 感觉神经生物学与神经行为学原理，可望开发先进 的 “反声纳”装置。
Robotic fly Length: 8mm

美国NASA甚至计划 10年后将虫型飞机用于火 星探测。 MFI的发展，在未来 国家安全和国家经济建设 等方面将起至关重要的作 用，正在世界范围内引起 极大的关注。
计划用于火星探测的虫形飞机

昆虫运动功能的整体仿生

机器虫，或虫型机 器人 通过模仿昆虫 三对足的运动构建机器 人的运动模型。
3、运动功能仿生
Locomotion of inchworm, geometrid moth caterpillar
昆虫是地球上最早 会飞的动物 昆虫飞行能力的仿生
微型飞行器（MAV）

自从90年代提出微型飞行器（Micro Air Vehicle ，MAV）概念，发达国家迅速组织力量开展研究。 美国国防部国防高级研究计划署（DARPA）从1992 年就开始MAV的论证工作，1995年组建了可行性研 究小组，1997年拨款3500万美元制订一个为期4年的 研制计划，开展了一系列的研究，近年来取得重要 进展。
研究人员利用从蝴蝶 翅膀身上获得的灵感，提 高染料敏化太阳能电池收 集阳光的能力。在所有太 阳能电池中，这种电池的 光能转化效率最高。
仿蝴蝶翅膀太阳能电池板
仿蝴蝶色彩花纹形态构建军事伪装设施
模仿蝴蝶翅面上的鳞片随 阳光照射方向自动变换角度而 调节体温的原理，成功实现对 人造卫星由于 位置不断变化而 引起温度骤然变化的控制。
舞动的精灵 ——昆虫仿生
刘燕 教授
吉林大学生物与农业工程学院 吉林大学工程仿生教育部重点实验室
昆虫是地球上分布最广的动物
天上飞
地上爬
地下钻
水中游
全球昆虫种类1000万种
昆虫是地球上种类最多的动物
占全球生物种类的1/2 占全球动物种类的2/3
昆虫－最重要的仿生资源
第一节 昆虫结构仿生

模仿昆虫外部形态结构及其特征，构建实用的技术系 统或制造产品。
仿蜂巢轮胎
Resilient技术公司和威斯 康星州大学麦迪逊分校聚合体 工程学中心的开发人员设计了 模仿蜂巢结构的轮胎。他们知 道没有什么能够比这种设计更 完美的了。这种仿生轮胎由一 系列六角形构成，拥有极高的 坚固度同时可让重量均匀分布 以实现平滑行驶。
仿蜻蜓垂直概念农场
垂直概念农场是文森特·卡勒博为纽约设计的， 长着金属和玻璃“翅膀”，设计灵感直接来源于蜻蜓 的外骨骼。这座供养动植物的农场能够利用充足的阳 光和高空的空气流动。它共有132层，有望在罗斯福 岛拔地而起。除了农场外，这座建筑的内部还建造了 住宅和办公室。