谈谈磨擦学研究中的若干哲学问题

摩擦学是一门古老而又新兴的高度综合交叉的工程先导性学科.实验研究发现摩擦过程能够形成自适应性的表层结构,但这种结构和典型的“耗散结构”又有所差别;摩擦系数和磨损率随摩擦副的工作条件具有明显的非线性变化和突变效应;大多数摩擦过程是不可逆的,但在特殊工况下表现出来的可逆性为我们设计减摩耐磨表层提供了可能.摩擦失效既有渐进性的,又有突发性的,而后者可以用动力系统稳定性理论来研究和表示.本文从技术哲学角度对上述现象进行了分析.     

非连续约束变结构机器人运动机构的仿生: 概念及模型

机器人的运动能力、效率和可靠性是衡量机器人品质的重要指标, 要进一步提高机器人的品质, 还有若干关键科学问题尚没有得到澄清和解决. 我们从仿生壁虎机器人运动协调的困惑中发现, 这类机器人的腿式运动机构为开环-闭环转变, 闭环状态下与接触体形成拟态构件长度也有变化的变结构机构, 开环到闭环转变中自由度和约束也呈现非连续变化. 提出了非连续约束的变结构运动机构的概念, 建立了非连续约束的表述方程, 这类机构的驱动和控制设计是机器人运动系统进一步提高性能和效率的关键之一. 借鉴生物脊椎-外周运动神经系统对运动的控制策略, 提出这类机构的运动控制和驱动策略, 并指出腿式机器人未来发展必须解决的若干关键问题.     

正交实验设计优化离子聚合物金属复合材料的力输出性能

离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite)作为新型驱动材料在微小系统驱动等方面有着明确的应用前景, 输出力较低和对水环境的依赖限制了该材料进一步的应用.本文采用正交实验设计法, 针对IPMC 制备过程中的3 个主要参数, 选用L₁₆(4⁵)正交表, 以输出力为指标开展制备工艺的优化. 结果表明主镀过程铂氨复合物的浓度对IPMC 输出力的影响最大, Nafion 膜中四乙氧基硅(TEOS)含量对输出力的影响次之, 还原剂浓度对输出力没有显著影响. 在实验确定的最优条件下, IPMC 的最大输出力达到50 mN, 相应的最大位移为14 mm.在最大输出位移性能相当的情况下, 较常规条件最大力输出提高了2.4 倍, 有效工作寿命大幅提高, 有效力输出延长了5.8 倍, 有效位移输出性能延长了5 倍. 该研究为IPMC 进一步的应用奠定了坚实的基础.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

硫化异丁烯对航空钢油气润滑的影响

直升机齿轮传动要求有30～60min的干运转能力,以免减速器润滑系统出现故障时,造成灾难性的后果。采用油气润滑方式,对T321进行不同质量分数的抗磨效果对比试验,为降低试验成本,以销盘摩擦磨损试验代替齿轮传动试验。不同含量的硫化异丁烯分别加入到DOD-L-85734航空油中,做航空钢摩擦副45min的油气润滑试验。结果表明:抗磨效果最好的是添加量1％,只喷油气4次、用油量仅0.02mL, 则其45min的磨痕宽度仅为427μm, 而干摩擦仅50s的磨痕宽度却为632μm。含抗磨剂的油气润滑为解决直升机传动系统干运转问题提供了一种可行方案。     

大壁虎和生物机器人

经济发展和社会安全需要各种不同用途的机器人来完成人类无法完成的高精确性和危险性工作。9·11事件以及国际上发生     

非光滑表面仿生学（Ⅱ）

继前文介绍另外一些生物非光滑效应：（1）非光滑表面与表面材料协同效应使表面具有更好的性能,如荷叶的自清洁性;（2）复合材料的力学性能决定于分子间的构建方式,例如螺壳的抗冲击断裂性能;（3）非光滑性的可变,例如蚯蚓动态的非光滑表面更有利于抗粘脱附;（4）非光滑性的自我调控,例如海豚皮肤的顺应性;（5）表面特性是环境使然,例如蝴蝶变幻的体色来自其翅膀微结构对光线不同的作用．这些研究对于人类在微观层次上师法自然,通过结构和功能仿生,对获得智能性新材料有所启迪．     

电刺激大壁虎（Gekko gecko）中脑诱导转向运动的研究

为探索大壁虎运动行为脑功能基础和人工诱导的可能性,用不锈钢微电极对头部固定状态下浅麻醉的大壁虎（Gekko gecko,n=20）中脑脑区施以生理范围内的电刺激．发现中脑被盖区域在电刺激下可诱导出大壁虎脊柱侧弯和四肢动（外伸、内收、抬腿迈步等动作）等一系列多肌群参与的复杂运动行为;根据急性实验结果,通过在中脑被盖特定脑区植入金属微电极对术后恢复一周的清醒状态下的大壁虎（n=20）脑区施加电刺激信号,可成功地诱导出左、右转向的运动行为．该结果发现大壁虎中脑与运动行为密切相关,而且通过刺激脑内相关的核团可能实现对大壁虎部分运动行为的人工诱导．这为大壁虎运动的人工制导提供了有益的信息．