[發明專利]用神農潔蜣螂表皮沙丘狀凸包設計凹坑型仿生犁壁的方法

有效

• 申請號: 201711302852.6
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108122278B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 韓鑫;郗昊;周世輝;王伯龍;金誠謙;蘭玉彬
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;A01B15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種用神農潔蜣螂表皮沙丘狀凸包設計凹坑型仿生犁壁的方法，包括神農潔蜣螂表皮取樣及預處理、神農潔蜣螂表皮迎土面輪廓精密測量、神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱橫向三維斷面結構提取、神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱橫軸截面輪廓曲線提取、沙丘狀凸包仿生結構單元的單體曲面重構、沙丘狀凸包仿生結構單元的群體排布設計等六個步驟。本發明直接以神農潔蜣螂迎土面體表上的沙丘狀各向異性凸包為幾何原型設計反沙丘狀凹坑仿生結構單元的方法，在結構及功能仿生上更接近生物原型，將理想的“自然選擇”結構用于人造耕作機具，具有較強的可操作性和應用價值。

技術領域

本發明提供一種用神農潔蜣螂表皮沙丘狀凸包設計凹坑型仿生犁壁的方法，屬于仿生脫附減阻技術領域。

背景技術

“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型現象，昆蟲、植物、魚類、鳥類、貝類等表現出各種類型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脫附、減阻、自潔、降噪、偽裝、耐磨、抗氧化等多種功能。在生物非光滑表面眾多已知的獨特機能中，當屬脫附、自潔最吸引人類關注和學習。例如，具有微納乳凸的荷葉能夠“出淤泥而不染”，表皮凸凹不平的蜣螂能夠在黏濕的糞堆或土壤中行動自如而保持身體清潔。生物非光滑脫附、自潔現象足以引發人類開展仿生研究和工程應用，而利用蜣螂等土壤生物表皮非光滑微觀結構設計仿生犁壁便是一種重要的生物仿生應用領域。傳統觸土部件多為光滑表面，與土壤接觸容易粘附從而增加能耗、降低工作效率，仿生犁壁上設有凸包或凹坑，可有效減少土壤接觸阻力、降低粘附，對提高耕作機具工作效率、減少能耗具有重要意義。例如專利號為CN201010531289.1的中國專利介紹了一種鼠道犁仿生防粘減阻耐磨犁鏟，該犁鏟采用了一種凹坑深度與坑上口直徑之比處于一定數值范圍的球缺形凹坑；再比如專利號為CN201520234000.8的中國專利公開了一種雙圓盤開溝器耦合仿生圓盤結構，亦采用了一種球冠形凸包，并限定了球冠高度與球冠直徑的比值范圍。

可以看出，目前已知的利用蜣螂等土壤生物表皮微觀結構設計凸包型仿生犁壁的方法，出于制造便利性、經濟性等方面考慮，多在仿生犁壁表面簡化設計出一種球冠形的各向同性型凹坑或凸包結構，而有些蜣螂品種如神農潔蜣螂（潔蜣螂屬常見糞食性甲蟲），其迎土面體表上長有各向異性型、類似沙漠中穩定沙丘狀的非勻稱型凸包結構。顯然，生物歷經長時間進化所衍生出的這種結構是一種“自然選擇”的理想結構，必然有其研究、利用價值。利用神農潔蜣螂迎土面表皮上的沙丘狀各向異性凸包設計凹坑型或凸包型新型仿生脫附減阻犁壁，對于拓展仿生犁壁的功能及品種范圍具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用神農潔蜣螂表皮沙丘狀凸包設計凹坑型仿生犁壁的方法，以解決上述技術問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：用神農潔蜣螂表皮沙丘狀凸包設計凹坑型仿生犁壁的方法，包括有下列步驟。

第一步：神農潔蜣螂表皮取樣及預處理

（A）從購置的神農潔蜣螂成蟲干制標本上裁取處于迎土面上的表皮樣本，首先對其標記蟲體中軸線，再用去離子水沖洗3～5次，然后將洗凈的神農潔蜣螂干制表皮樣本在2.5%戊二醛溶液中化學固定3～5h，化學固定溫度0～4℃，制得神農潔蜣螂固定表皮樣本；

（B）將經（A）步驟制得的神農潔蜣螂固定表皮樣本采用去離子水清洗6～8次，然后在50～70℃條件下烘干1～2h，制得含水率5%～10%的神農潔蜣螂干燥表皮樣本。

第二步：神農潔蜣螂表皮迎土面輪廓精密測量

（A）將第一步制得的神農潔蜣螂干燥表皮樣本固定在光學式表面輪廓儀的工作臺上，設置光學式表面輪廓儀的掃描參數對神農潔蜣螂干燥表皮樣本重復掃描3～5次；

（B）從經（A）步驟掃描后由表面輪廓儀配套處理軟件自動生成的測量樣本三維表面輪廓圖像中選取清晰、無噪點的圖像，獲得神農潔蜣螂干燥表皮樣本的表面輪廓圖像。

第三步：神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱、橫向三維斷面結構提取