军用仿生技术发展趋势.pdf

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1、第34卷第6期国防科技Vol．34，No．62013年12月NATIONALDEFENSESCIENCE&TECHNOLOGYDec．2013军用仿生技术发展趋势张德远，陈华伟，张鑫，梁建宏（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京，100191）[摘要]仿生技术是武器装备发展的核心技术，已成为新概念武器装备发展及性能提升的常用方法，具有极其广阔的应用前景。文章针对仿生技术的发展历程、技术现状及其在军事装备发展中所发挥的作用进行阐述，分析了决定军事仿生技术发展的生物结构表征技术、仿生设计技术、生物制造技术与军事应用具体特点，以及军事仿生技

2、术发展趋势。[关键词]军事仿生；生物表征；生物成形制造；仿生表面；仿生设计[中图分类号]E916[文献标识码]A[文章编号]1671-4547(2013)06-0001-05生物界生物种类繁多，它们在漫长的进化过自然生命为了生存、自卫、竞争、繁殖，在约35程中，为了求得生存与发展，逐渐形成了最优化形亿年进化过程中，逐渐形成了各种各样的奇异功态结构、最有效的物质代谢和再循环系统、最精确能和本领。据统计，全世界约有500万-1000万种的控制和协调过程。人类生活在自然界中与周围动物、植物和微生物，为人类创新活动提供了丰富生物为邻，被形形色色的奇

3、异本领所吸引，通过的生物原型宝库。自然界万事万物“形”、“色”、“察”、“思”、“造”和“用”，模仿生物制造出各类仿“音”、“结构”、“功能”等方面上的特异功能是仿生生工具，增强了人类与自然界斗争的本领和能力。学的理论基础，只有揭示出其特异功能的诱因、规自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理、重律，才能为仿生创新设计提供灵感。大发明的源泉。仅我国历史上的仿生技术实例就人类自诞生以来，一直都被自然界生物特异枚不胜举，例如四千多年前“见飞蓬转而知为车”功能所吸引，积极效仿自然生物制作生活基本要的车轮；“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不素来

4、改善生存条件和生活质量。如图1所示，扑网下。”的仿生飞鸟。可见，人类衣、食、住、行等生活的发明源于对蜘蛛网扑食昆虫的观察，使扑捉飞基本要素几乎都是仿生的结果。尤其近年来随着鸟、走兽和鱼虾的成功率得以提高；木船外形设计科学技术不断发展，仿生技术得到了迅猛发展，逐灵感来自水中鱼类的体形，使水上行动更为自由；渐成为创新发展的常用新思路，并于20世纪60木锯发明启发来自于叶片划破手指，使木工更为年代诞生了新兴学科方向———仿生学。军用仿生灵巧。然而，当时因缺乏基本表征工具，人类对自技术也随之渗透到军事各个领域，由盲目、被动模然界认知完全依赖自身触觉

5、（手）、视觉（目）、听觉仿发展到自觉、自主的仿生，由单个模仿发展到系（耳）、嗅觉（鼻）、味觉（舌）等生理感官，自然现象统仿生，从局部仿生发展到了全面仿生，对军事作或生物机理揭示仅浮于表面，仿生设计以模仿外战产生重大影响。形、动作为主，形成了仿生设计的古代特色———宏观外形模仿。一、察：“由表及里”生物结构表征发展近代，以透射电子显微镜、XRD为代表的微纳导致新原理发现结构表征系统的出现突破了人体感官认知的局限[收稿日期]2013-12-04[作者简介]张德远，男，工学博士，教授，研究方向：微纳制造、生物与仿生技术；陈华伟，男，工学博士，副教

6、授，研究方向：仿生表面、微纳制造。2国防科技2013年第6期（总第283期）宏微纳多级结构所决定，而“由表及里”精密表征技术和方法发展更为特异结构、奇异功能的揭示与认知提供强有力的技术手段，使可利用生物原型模板变得更加丰富、更加精确。由于受表征技术以及复杂结构制造技术水平的制约，通过对复杂生物原型高度抽象、简化实现功能“神似”的简化仿生一直都是仿生设计与制造惯用方法，导致仿生结构功能与生物原型功能相差悬殊，影响仿生设计创新能力。人类对生物特性的仿生研究是从生物体表和外形开始的，以航行器减阻表面为例，早期为了降低航行中的表面摩擦阻力，强调提高

7、表面的光洁度，但收效甚微。于是人们将目光投向自然界的生物，惊奇地发现许多具有优秀减阻性能的生物表皮不仅不光滑，甚至摸上去还很粗糙。1978年美国NASA研究人员依据鲨鱼的非光滑减阻表皮，开发图1“由表及里”表征技术引起的仿生技术革命出一种仿鲨鱼V型沟槽薄膜，并在飞机表面取得性，为人类认知自然提供了“火眼金睛”，也昭示着了6.6%的减阻效果。经过多年对鲨鱼减阻机理及生物结构表征从外形、动作等宏观表征进入了成成形工艺的研究，北航研究团队已经成功研制出分、内结构的原子分子级表征，从单一结构表征进与鲨鱼原型高度一致的仿鲨鱼复合减阻蒙皮（图入了结构功

8、能综合表征新阶段。生物结构“由表及2），取得了最大24.6%的复合减阻率。仿生减阻表里”表征技术的发展拓展了人类认知自然深度、宽面由简单抽象简化到复杂多级形貌结构的突破，度，许多