黑龙江知识更新机械工程专业2012年专业课作业.doc

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1、黑龙江省2012年度专业技术人员继续教育知识更新培训课程作业机械工程专业学习作业——《仿生原理与仿生机械概论》2、我们站在台子的边缘要倒的时候，会使臂从上向前方回转的作用是什么？答：人体是一台很复杂的“机器”，这是一种下意识或者叫潜意识的动作。主要作用就是调节人体的重心位置。来制造身体的平衡状态，不至于从上面摔下来。人体的平衡性主要是由小脑来控制，小脑是调节机体的重要中枢。其功能是维持身体平衡、调节肌张力、协调随意运动。4、动物行走方式和步态研究在仿生机械研究上的工学意义是什么？答：人和其它脊椎动物有100块以上的肌肉，活动四肢时必须有几十块肌肉被组织起

2、来协调工作——具有非线性/机能冗余性等特点。研究蜈蚣行走的结果表明：把蜈蚣的脚绝大部分切掉，只留6只脚时还能像昆虫那样运脚，只剩4只脚时还能像马等四足动物一样运脚。在蜈蚣即使失去脚还能在脑里能够形成利用剩余脚运足的步行样本，以此可以认为运动是被协调生成的——具有自组织性。还有的报告表明——马的步态(gait)主要有步行、小跑、奔跑，但是相应于移动速度下所消耗的能量都是选择最小的。由此可以证明：运动是经内部评价获得的。同样，对于具有多自由度的机器人，以确立能够实现灵活运动的控制系统设计方法为目标，作为一种手段，提出了获得基于内部评价的自组织控制系统的研究目

3、标。由生物学家研究得出的该结论对于自制机器人控制方法具有重要的理论指导意义。6、体重在0.001g~10kg的小型飞翔生物体质量与翅膀扇动频率间的关系？答：飞翔生物的大小越小，飞翔体翅膀的扇动频率则增加，因为流体力学中的两个重要参数-雷诺数、前进比改变了，存在适合于它们身体大小的飞行。如图：4黑龙江省2012年度专业技术人员继续教育知识更新培训课程作业作用在翼上的流体（空气）上的力可以分为：由流体惯性产生的力（与密度ρ成正比）和由流体的粘性产生的力（与粘性系数μ成正比）两部分。二者的比例为：R=被称为雷诺系数，其中，L分别为翼的典型长度、对气速度；ρ，μ

4、分别为空气的密度、粘性系数。8、生物输送物质过程中的高效混合机制在仿生机械上的工学意义是什么？答：考察生物输送物质，作为进行高效混合的机制，我们可以得到如下要点：（1）由于分子扩散输送物质量的大小与两个液体结合面的面积成正比增加。为尽快地混合，血管分支上有无数毛细血管，细小地深入到组织中以确保庞大的表面积，重要的是：混合初期，要使想要混合的物质进入到被混合物质内部，就要形成分散的状态，并且要增大两种液体接触的边界面积。（2）由r=可知：两种液体的初期边界面，一方的液体分子扩散已经到达另一方液体中的距离所经历的时间与该距离的平方成正比增大。因此，为得到实用

5、的混合时间，就要象生物组织的细胞间隔那样，需要一种能够使2种液体交互分散的间隔保持在数十um量级左右的结构。靠现有的机械加工技术制造细胞大小的微结构是相当困难的。但是，从半导体制造技术派生出来的Microfabricatino（微制造技术）能够人工制作出接近于这样的生体组织、微细而有规则的流体结构。10、什么是自重构？自修复？自装配？答：生命系统可以看做是许多被称为细胞的均值要素（可以看做“机械单元”）构成的分散型机械系统。因此，日本学者村田志研究由概念性地模拟细胞的“单元”集合而成的自重构的可变机械，他指出这种机械可以自装备、自修复。他提出了一种全新概

6、念的机械系统，实验性地给出这种系统的可行性，进一步地用计算机仿真验证了系统功能的实现。可以说是生命系统的特征能够在工学上实现，也预示了适应化系统的可能性。自重构可变机械最初是1994年由日本东京工业大学村田智及其研究小组、美国JohnsHopkings大学的研究小组分别独立提出的二维平面机械，两者的机能在本质上是相同的。进一步研究，1998年前后几个能构成三维立体机械的单元被提出了。自修复的概念：4黑龙江省2012年度专业技术人员继续教育知识更新培训课程作业象三肠虫、水蛇那样自己能够修复自己的再生机能。即使系统中的某些部分无论受到怎样的损坏，也无需借助于

7、人的帮助，自己恢复自己的机能。自装配：“大量地准备同一种类的单元体，如果能够自由地变更它们的组合，则通过不断地连接并改变单元体，能够使最初不定形态的单元体群的聚合体改变形态而成为我们所期望的形态，单元的聚合体随意地组装出整体的形态，我们将这个过程称之为‘自装配’。”12、骨的形态适应外部力学环境的机制是什么？答：动物骨的力学环境适应性能够适应力学环境的不只是树，动物的骨、筋肉、血管等等生物体也具有力学环境适应机能。动物的生体组织也是如此，即使没有来自中枢神经的指令也能自律自适应地改变组织的形态和强度。机能自适应（或“机能更新”）——像上述那样，相应于力学

8、环境的变化生体组织自适应地发生变化的现象。关于骨相应于力学环境的适应性问题，曾经