应用仿生与生物力学

个体发生运动研究的重点是一个物种在不同发育阶段的运动行为的进化。与脊椎动物不同，对无脊椎动物的个体遗传运动研究很少。蝗虫是研究这个问题的一个杰出的生物模型。它们是半代谢性昆虫，在不同的龄期有相似的外貌和行为。本研究的目的是研究机器人的跳跃性能飞蝗在不同的发育虫态。三龄，四龄和成人的跳跃大号。飞蝗通过一个高速照相机记录。数据进行分析，以开发昆虫的简化生物力学模型：刺槐后腿的弹性接头简化为位于股骨-胫骨关节作为一个半月过程中的扭转弹簧和基于涉及两个移动和几何数据的精力充沛的方法。一个简化的数学模型评估的每个测试跳跃的性能。结果表明，较长的后腿长度，较高的弹性参数，以及更长的起飞时间协同地有助于更大的速度和能量储存/成人蝗虫释放，如果相比于年轻龄;与此同时，它们由于质量增加补偿加速的可能减小。这一发现还给出了先进的仿生机器人的跳跃设计的见解。

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与传统的气动轮胎不同，非气动轮胎(NPT)具有防爆性，维护简单，滚动阻力低。然而，在车辆高速行驶时，NPT开放的挠性辐条结构产生的复杂气流产生了很高的空气动力噪声，这导致了车辆交通环境中的声音污染。摘要从非光滑riblet结构能够影响流体流动并提供降噪的观点出发，分析了非光滑riblet表面对NPT气动噪声的影响及降噪机理。首先，利用计算流体动力学(CFD)方法分析了80 km/h下柔性轮辐轮胎的表面压力系数特性，并将数值模拟结果与已发表的试验结果进行对比验证。其次，采用大涡模拟(LES)和Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方法分别确定瞬态流动和远场气动噪声。然后，利用涡理论研究了降噪机理。基于涡旋理论，利用兰姆矢量确定噪声源的位置和强度。最后，根据流体边界层理论，在辐条表面布置了一个非光滑的肋条表面，分析了肋条的尺寸、位置、方向等结构参数对气动噪声的影响。基于涡理论发现，采用优化的riblet结构，非光滑riblet结构可以减小Lamb矢量，抑制流动涡的产生，降低声源强度，有效降低噪声达5.18 dB。研究结果为新型低噪声NPT的结构设计提供了理论依据。

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软组织变形的模拟是一项复杂的工程任务，在计算速度和系统精度之间受到约束的情况下更是困难。然而，文献缺乏对开发一个有效的软组织仿真系统的所有必要方面(计算方法、交互设备、系统架构和临床验证)的整体回顾。本文总结和分析了近年来在解决这些问题上取得的成就，并对今后的发展趋势和不足之处进行了估计。使用PRISMA协议和三个可靠的科学搜索引擎(ScienceDirect、PubMed和IEEE)进行了系统的审查过程。最终筛选出55篇相关论文纳入评审过程，并对其进行质量评估。计算方法分为网格法、无网格法和混合法。交互设备涉及虚拟手术器械和力反馈设备、3D扫描仪、生物力学传感器、人机界面设备、3D查看器和2D/3D光学摄像机之间的组合。基于系统执行方案和系统框架的概念，对系统架构进行了分析。特别是，系统执行方案包括基于分布、基于多线程和基于多模型的执行。系统框架分为输入和输出交互框架、图形交互框架、建模框架和混合框架。 Clinical validation procedures are ordered as three levels: geometrical validation, model behavior validation, and user acceptability/safety validation. The present review paper provides useful information to characterize how real-time medical simulation systems with soft-tissue deformations have been developed. By clearly analysing advantages and drawbacks in each system development aspect, this review can be used as a reference guideline for developing systems of soft-tissue simulations.

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引起的高速子弹头盔钝伤（BHBT）背后的机制是很难理解。目前，尚缺乏对应的参数和试验方法有效地评估这种损失。因此目前研究的目的是调查人类头骨和大脑组织的子弹撞击防弹头盔的加载下的响应，与冲击方向，冲击速度和冲击结构的所考虑的影响。在此研究中使用，其可以精确地重建头皮，颅骨，脑组织等的解剖学的结构，并能真实地反映脑的下高冲击速度的生物力学响应的人脑有限元模型。背面变形（BFD）的响应，脑位移，颅骨应力，及硬膜压力从模拟作为参数反射BHBT风险萃取，也进行了研究BHBT和防弹设备的结构和性能之间的关系。仿真结果表明，该头骨的正面碰撞产生BFD的量最大，而当冲击方向是从侧面看，颅骨应力为约比其它方向高两倍。作为冲击速度增大，BFD，脑位移，颅骨应力，和硬脑膜的压力增加。不同而造成的结构性子弹体的脑损伤是相同的动能的情况下不同。造成手枪子弹头骨的压力是最大的。研究结果表明，当上了防弹头盔子弹的影响，它有引起脑移位和颅内高压的概率较高。 The research results can provide a reference value for helmet optimization design and antielasticity evaluation and provide the theoretical basis for protection and rescue.

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老年人和残疾人的人口正在迅速增加。它通过提高对日常活动的信心，以提升他们的生活水平是非常重要的。导航是一项重要的任务，大多数老年人和残疾人需要的援助。与智能系统，其能够通过轮椅系统辅助人力导航的更换人工辅助是有效的解决方案。手势常常在导航系统中使用。然而，这些系统不具备准确识别手势方差的能力。因此，本文提出了创建具有这是基于对国内导航与手势方差补偿能力，每一个重要的运动人体研究建立了一个手势模型的智能姿势分类系统的方法。实验已经进行了评估用户记忆和回忆对手势模型的能力和适应性。动态手势识别模块（DGIM），静态手势识别模块（SGIM），和手势澄清（GC）已经为了识别姿势命令被引入。所提出的系统进行了分析系统准确度和精密度使用与人类用户进行的实验结果。 Accuracy of the intelligent system was determined with the use of confusion matrix. Further, those results were analyzed using Cohen’s kappa analysis in which overall accuracy, misclassification rate, precision, and Cohen’s kappa values were calculated.

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每年，有很多经历根治性膀胱切除（RC）与尿流改道全球膀胱癌患者。直到2019年，肠道膀胱成形术仍是膀胱置换金标准，但这种疗法总是与严重的并发症。不使用肠组织的理想替代膀胱今天仍然是一个挑战。在这项工作中，人造膀胱的机电一体化（AMB）作为一种全新的膀胱替代方法的发展。我们研究了从教学用书和有关文件的自然膀胱的主要生理功能特性。根据这些特点，我们完成了AMB的整体设计与制作实验室的原型。原型成功地实现在体外自然膀胱的功能。它可以扩展到存储尿液时实时尿液流入了。它可以发送一个报警排尿时，它完全充满，并且可以接收遥控器信号后自动排尿。According to relevant papers and our test experience, if the prototype could be smaller and lighter and manufactured with good biocompatibility materials such as PTFE, we think it is possible for AMB to be implanted in an animal’s body, and we deduce AMB could realize the functions of a natural urinary bladder in vivo. After thorough validation from animal testing, we hope AMB can be a good clinical option for bladder removal patients in the future.

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