抗纤维化与促“H”型血管核壳结构生物支架修复临界骨缺损

背景:在骨组织愈合过程中,促进新生骨的血管化是加速骨组织修复的常用策略,然而骨缺损修复过程中过快的纤维化进程常常被忽略。目的:设计并制备一种具有调节新生骨痂内纤维化及血管化进程的核壳结构仿生支架,表征其物理学特征,验证其体内外抗纤维化与促成骨性能。方法:制备具有调节新生骨痂内纤维化及血管化进程的核壳结构仿生支架,外层壳结构由聚己内酯静电纺丝纳米纤维负载成纤维细胞活化蛋白抑制剂组成,内层核结构由甲基丙烯酸酐明胶水凝胶负载去铁胺组成,表征静电纺丝和水凝胶的物理学特征,利用活死染色与CCK-8实验验证材料的生物相容性。通过成纤维细胞体外实验分析支架壳结构的抗纤维化作用,通过MC3T3-E1细胞体外实验分析支架壳结构中成纤维细胞活化蛋白抑制剂的促成骨作用,通过人脐静脉内皮细胞分析支架核结构中去铁胺的促血管形成作用。通过大鼠临界骨缺损实验评估核壳结构仿生支架的骨修复作用。结果与结论:①核壳结构仿生支架具有良好的生物相容性,静电纺丝技术制备的聚己内酯电纺纤维具有疏水性,在物理层面上有效阻隔外源性纤维组织长入,电纺纤维膜在2周内可有效释放抗纤维化药物成纤维细胞活化蛋白抑制剂,释放的抗纤维化药物可以抑制骨缺损周围成纤维细胞的生长、黏附,有效降低成纤维相关蛋白的表达,同时可促进MC3T3-E1细胞成骨蛋白的表达,加快其矿化速度;支架核结构中的去铁胺可促进人脐静脉内皮细胞的迁移、成管能力,并促进其强烈表达“H”血管特征性蛋白。②在SD大鼠的股骨制造临界骨缺损模型中,相较于聚己内酯膜,核壳结构仿生支架实现了骨缺损的有效修复。③结果表明,核壳结构仿生支架在预防骨痂过度纤维化的同时促进新生骨痂内“H”血管形成,能有效避免骨不连的发生,加速临界骨缺损修复进程。

仿生学锯齿桨叶降噪效果试验研究

以仿生学结构改善发动机的气动性能和噪声水平是当前绿色航空的研究热点,对控制对转螺旋桨的气动噪声具有重要的工程应用价值。本文通过地面声学环境下的气动噪声试验研究了仿生学锯齿结构对转螺旋桨的降噪特性,并测试了锯齿结构桨叶和基准桨的拉力、扭矩等气动性能和远场噪声指向性。试验结果表明,所设计的锯齿结构没有引起基准桨的气动性能损失,可以在保持气动性能的同时开展降噪设计。锯齿结构在4000~12000Hz频率区间,没有改变基准桨叶的噪声指向性特征,最大降噪量超过5dB;在所测转速工况的一阶通过频率、二阶通过频率处没有明显的降噪效果。这进一步说明锯齿结构对宽频噪声有降噪效果,对低频段的离散噪声降噪效果不明显。

旋转机械压液式自动平衡执行器流场仿真和性能参数分析

介绍了一种新型压液式在线自动平衡系统,基于Fluent软件,对执行器内部流场进行模拟仿真和性能参数分析,得到相关结论。实验结果表明,平衡液转移过程中,液体黏度10cSt比黏度100cSt时响应更快,为后续优化提供方向;转子不平衡振幅从18.3μm降低至10.6μm,验证了平衡系统的有效性。

基于仿生式的桥架重量补偿型装置设计与优化研究

文中提出了一种基于仿生式理念的新型桥架重量补偿型装置设计,该装置模拟自然界中的生物特性,设计了具有高动态响应能力和优异环境适应性的补偿装置。试验结果表明,新设计的装置在应力响应、位移控制、材料耐久性及环境适应性等方面均优于传统设计,验证了仿生设计方法在实际工程应用中的有效性。

仿生型步进式直线驱动器的研究

本文提出一种新型直线驱动器的仿生动作原理，并设计出两种机械结构及其控制器。实验表明，这类驱动器具有精度高、步距可变、输出力大、行程长、结构简单、体积小、内藏传感器、具有极好输出特性等特点。这类驱动器适用于一切超高精度的直接驱动。

高精度压电旋转驱动器的研制

本文提出一种新型旋转驱动器的仿生动作原理，并设计出基于这一原理的驱动器结构及其控制器．驱动器的定子呈圆筒状；转子呈灯笼状，由带压电元件、圆弧缺口支点的一体化机构所组成。驱动器的控制器中有电流环、变位环及校正环节等．这种旋转驱动器具有精度高、步距范围宽、无级可调、内藏传感器、输出性能好及抗负载扰动能力强等特点．

一种MEMS同振柱型仿生矢量水听器的研制

提出了一种结合MEMS技术、仿生原理和压阻原理的同振柱型矢量水听器,即由二维仿生水听器和声压水听器组合而成的柱体。在声学理论基础上详细介绍了该水听器的封装设计及制作过程,在国防水声一级计量站对该矢量水听器进行校准实验,实验结果表明:该同振型矢量水听器的工作频带范围为0～3 kHz;X通道灵敏度-177.9 dB(2 kHz),Y通道灵敏度-175.4 dB(2 kHz),声压通道灵敏度-175.8 dB(2 kHz);具有很好的"8"字指向性;可承受3 MPa压力。此新型MEMS同振矢量水听器适用于民用船只避障,渔业捕捞,海洋勘探等领域。

非叠加型可变形两栖机器人水下推进方法

受自然界中变形虫和生物蛇启发,将可变形和链式构型特性引入两栖机器人。通过运动特性、水环境适应性和可变形能力扩展等综合分析,设计了没有添加额外水下推进机构的非叠加型两栖机器人链式可变形构型。该机器人在陆地环境具有较高机动性外,还具有履带划水和仿生划水组合的复合推进方式。提出基于理想推进器的履带划水推进模型;针对仿生划水时运动学与流体力的耦合关系,提出基于拉格朗日方程的运动学-动力学联合运动模型,并建立了转向模型,完成仿生推进方式的水中机动性能分析。通过仿真分析了履刺高度和分布等机构参数以及幅值、频率等运动参数对水下推进性能的影响。利用基于链式可变形构型研制的机器人样机Amoeba-II进行了水环境试验,验证该构型在水下推进中的有效性,并对履带划水和仿生划水的推进效率、稳定性进行对比。

摆管式撒肥机的研究设计

针对现有施肥机械容易产生堵塞、架空以及撒施不均匀等方面的不足,采用仿生学原理,模拟人手臂撒肥的动作特征设计了一种摆管式撒肥机,着重设计了由偏心盘和摆叉组成的摆动机构。又通过设计肥箱容积、箱壁倾角、肥箱下肥口计量器,实现了肥料撒施的通畅和均匀性,保证了施肥效果的稳定高效。

基于蛇怪蜥蜴踏水机理的水面推进技术研究

为突破传统排水型两栖车辆'阻力墙'现象,从蛇怪蜥蜴高速踏水机理出发,基于固体和液体高速作用动力学原理,提出了一种新型水面推进技术。其依靠仿生叶轮与水高速作用产生向上托举力,将两栖车辆托举出水面,进入高速滑行状态,从而避开'阻力墙'现象,实现快速突进。结合仿真分析和先期原理试验,验证此技术能够实现两栖车辆从排水状态进入高速滑行状态,从而大大减小水阻力,是一种有效的水面快速推进方法。

通用型摆管式撒肥机的设计

针对国内现有施肥机械易产生架空、撒肥不均以及通用性差等缺点,设计了一种通用型摆管式撒肥机。采用仿生学原理,模仿人的手臂撒肥往复动作,由往复拉杆和摆动管组成摆动机构,并分析了摆管的运动特性,确定了整机的参数,实现了撒肥的均匀性。针对通用性又在撒肥机肥箱中加装了搅肥装置,可以撒施粉状肥料如碳酸氢铵。纵向撒肥均匀性试验结果表明,撒肥均匀性良好,无断条现象,能较好地满足实际生产的要求。

柔性仿生驱动器研究综述

随着软体机器人的快速发展,面向软体机器人的柔性仿生驱动器的研究成为研究的热点,对现有的相关理论成果进行分析和总结,对当前柔性仿生驱动器的关键技术进行分析,并对未来的发展趋势进行展望,以促进柔性仿生驱动器的研究进一步发展。首先,综述了柔性仿生驱动器类型,包括气动驱动器、形状记忆材料驱动器以及电活性聚合物驱动器等;其次,从仿生材料、本体机构设计和制造技术、运动学和动力学建模及驱动器的控制策略4个方面对柔性仿生驱动器存在的技术难点进行分析;最后对未来发展趋势进行构想。

高灵敏度宽频带阵列式仿生矢量水听器研究

针对MEMS仿生矢量水听器灵敏度和频带相互制约,不能同时满足宽频带高灵敏度测量的问题,在单个MEMS矢量水听器的基础上,设计了由四个单元构成的2×2单片集成微敏感结构阵列,实现了水听器的高灵敏度和宽频带。通过理论分析和ANSYS仿真分析,确定阵列微结构的尺寸,采用硅微机械加工工艺完成了阵列微结构的加工,最后在水声一级计量站对封装好的水听器进行了灵敏度和指向性校准测试。测试结果表明:该阵列式仿生矢量水听器未加前置放大时灵敏度达到-189 dB,频响范围20～5 000 Hz,具有良好的"8"字型指向性。

仿生型步进式旋转驱动器及其控制器

提出了一种新型旋转驱动器的仿生动作原理，并设计出基于这一动作原理的驱动器结构及其控制器。试验表明，这种驱动器具有精度高、步距范围宽（无级可调）、内藏传感器、输出特性好及抗负载扰动能力强等特点。它适用于光学、电子、航空、航天、机器人、ＩＣ及超导、生物医学及遗传工程中的高精度直接驱动。

防反射薄膜制备方法概述

综述了干涉型防反射薄膜和仿生型防反射薄膜的制备原理和方法,重点阐述了上述2种防反射薄膜及其制备方法的研究背景、研究进展及所面临的挑战,展望了防反射薄膜的发展趋势及应用前景。

脑仿生电刺激配合中频电疗治疗椎动脉型颈椎病

目的:观察脑仿生电刺激配合中频电疗(MFE)对椎动脉型颈椎病(CSA)的治疗作用。方法:CSA患者300例,随机分为观察组和对照组各150例,2组均给予药物对症支持治疗,观察组加用脑仿生电刺激配合MFE。治疗前后采用经颅多普勒(TCD)检测基底动脉(BA)、椎动脉(VA)、大脑中动脉(MCA)、大脑前动脉(ACA)平均血流速度。结果:治疗2周后,观察组BA、VA、MCA及ACA平均血流速度均较治疗前及对照组治疗后明显增快(P<0.05),对照组治疗前后比较差异无统计学意义。治疗后及6个月后随访,2组临床疗效比较,观察组总有效率均明显高于对照组(P<0.01)。结论:脑仿生电刺激配合MFE对CSA患者有明显的治疗作用,可有效缓解眩晕等临床症状。

仿生扑翼飞行机器人翅型的研制与实验研究

模仿昆虫和小鸟飞行的扑翼飞行机器人将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统,与固定翼和旋翼完全不同,因此研究只能从生物仿生开始。生物飞行的极端复杂性使得进行完整和精确的扑翼飞行分析非常复杂,因此本文在仿生学进展基础上,通过一些合适的假设和简化,建立了仿生翅运动学和空气动力学模型,并以此为基础研制了多种翅型。研制了气动力测量实验平台,对各种翅型进行了实验研究。实验结果表明,研制的翅型都能产生一定的升力,其中柔性翅具有较好的运动性能和气动性能,并且拍动频率和拍动幅度对升力有较大影响。

一种新型的多足仿生机器人的机构设计与研究

提出一种新型的多足仿生机器人的运动机构,该机构具有运动灵活,自由度少的特点。利用D-H矩阵对该机构基本运动单元的运动学进行了理论分析,给出了运动学方程。基于虚拟样机技术对该运动学方程进行了仿真验证,结果表明运动学方程是正确的。建立了这种新型的多足仿生机器人的虚拟样机,并对其进行了虚拟样机的仿真研究。制作出了简易的一对足的实物试验机构。

基于小鼠模型筛选黄芪当归治疗2型糖尿病的最佳配比及最优半仿生提取工艺

目的:寻找黄芪、当归治疗2型糖尿病小鼠的最佳配比及最优半仿生提取工艺。方法:以2型糖尿病小鼠血糖值、进食量和体重为指标,通过口服灌胃不同比例黄芪当归的水煎液,筛选出当归、黄芪治疗2型糖尿病小鼠的最佳配比;运用中心组合设计实验,以2型糖尿病小鼠第14天和第0天的血糖差值、进食量差值、和体重差值为指标,优化当归、黄芪半仿生提取的最佳工艺条件。结果:当归、黄芪治疗2型糖尿病小鼠的最佳配比是黄芪∶当归为7∶2;半仿生提取当归、黄芪的最佳工艺条件为第1次提取人工胃液用量为7.7倍,第1次提取时间为2.6 h,第2次提取人工肠液用量为6.2倍,第2次提取时间为3.5 h。结论:本实验确定了当归、黄芪治疗2型糖尿病小鼠的最佳配比及半仿生提取的最佳工艺条件,为临床上使用当归、黄芪治疗2型糖尿病提供了一定依据。