第1章  緒論001

1.1結構仿生學的發展現狀001

1.2結構仿生學的分類和應用實例002

1.3結構仿生學的未來發展趨勢006

思考題007



第2章  天然生物材料的結構特性及仿生008

2.1天然生物材料的特性008

2.1.1復合特性008

2.1.2功能適應性009

2.1.3創傷愈合性010

2.1.4多功能性010

2.2天然生物材料的結構特征與仿生011

2.2.1分級結構與仿生011

2.2.2纖維增強結構與仿生025

2.2.3黏附結構與仿生034

2.2.4減阻結構與仿生038

2.2.5構色結構與仿生050

2.2.6其他天然生物材料的結構與仿生076

2.2.7天然生物材料的結構與仿生089

2.2.8天然生物材料結構仿生設計範例097

思考題100



第3章  仿生結構設計101

3.1仿生減阻結構設計101

3.1.1表面織構減阻功能結構的研究101

3.1.2仿生減阻功能結構的理論基礎103

3.1.3仿生減阻功能結構的應用104

3.1.4仿生減阻深松鏟的設計範例107

3.2機械臂仿生設計（支撐件） 108

3.2.1人手臂的結構特點109

3.2.2仿生機械臂的優勢和發展109

3.2.3仿生機械臂的相關問題110

3.2.4仿生機械臂未來的發展趨勢111

3.3微型飛行器的仿生設計112

3.3.1微型飛行器的分類112

3.3.2微型飛行器的主要應用113

3.3.3微型飛行器的發展現狀113

3.3.4微型飛行器的設計範例124

思考題124



第4章  結構仿生學應用125

4.1結構仿生學與材料工程125

4.1.1陶瓷基復合材料125

4.1.2組織工程材料137

4.1.3仿生智能材料140

4.2結構仿生學與建築工程143

4.2.1仿生建築的概念144

4.2.2仿生建築的分類144

4.2.3仿生建築的空間特征149

4.2.4經典仿生建築案例150

4.3結構仿生學與機械設計152

4.3.1仿生機械學的定義152

4.3.2仿生機械與機器人技術、康復工程153

4.3.3仿生機械實例158

4.4結構仿生學與航空航天工程173

4.4.1金屬結構材料173

4.4.2空間結構復合材料174

4.4.3空間可展結構177

思考題177



參考文獻178

結構仿生學以工程力學原理為基礎,研究生物體不同結構層次(微觀、細觀、宏觀) 的形態以獲得靈感,進而對材料、結構、繫統進行仿生模擬,提高工程結構效率。結構仿生學涉及生物學、材料科學、結構設計、控制科學、空氣動力學和繫統工程等工程科學,屬於跨學科研究領域。結構仿生學主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理的應用問題,研究生物繫統的結構和性質為工程技術提供新的設計思想。結構仿生學正沿著多功能、智能化、集成化和微型化方向快速發展,隻有重視並加強多學科協作,建立和完善仿生學理論,纔能進一步擴大結構仿生的工程應用,推動技術進步。

本書是編者對從事結構仿生科研和在吉林大學講授結構仿生學課程的總結。我們的目的是提供關於結構仿生研究的基本知識,並試圖對結構仿生領域中的新發現和新進展進行評價。

全書主要闡述結構仿生學的基本概念和基本原理,包括天然生物材料結構特性及仿生、仿生結構設計、結構仿生學應用等。

本書第1章由孫霽宇撰寫,第2章由任麗麗、孫霽宇、王悅明、吳薇、田宏麗撰寫,第3章由劉超、孫霽宇、王悅明撰寫,第4章由王悅明撰寫。楊津負責本書的勘誤和修訂,闫永為、鵬負責部分圖形的制作。在撰寫過程中,作者盡可能反映國內外結構仿生學的新研究成果,特別是注重反映我國學者在學術上的貢獻和創新。由於作者水平有限,書中難免存在缺點和疏漏,望專家和讀者不吝指正。



編者

2021年9月