应用仿生与生物力学

发育性运动研究的重点是在一个物种的不同发育阶段的运动行为的演变。不同于脊椎动物，无脊椎动物个体发育的运动是认真调查。蝗虫代表一个优秀的生物模型来研究这个问题。他们是hemimetabolous昆虫和在不同虫态类似的方面和行为。这项研究的目的是研究的跳跃性能状花序migratoria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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不同于传统的充气轮胎中，非充气轮胎（NPT）是防爆和维护简单，并提供低的滚动阻力。在高车速，但是，通过NPT的开式软辐结构所产生的复杂的气流产生高气动噪声，这有利于声音污染在车辆的交通环境。通过的想法，一个非光滑结构肋可影响流体流，并提供降噪，的非光滑脊状表面的上的NPT和噪声减速机构的气动噪声的影响的分析的启发在本文作了介绍。First, computational fluid dynamics (CFD) was used to analyze the surface pressure coefficient characteristics of a smooth flexible-spoke tire rolling at a speed of 80 km/h and subsequently validating the numerical simulation results by comparing them with published test results. Secondly, large eddy simulation (LES) and the Ffowcs Williams–Hawkings (FW-H) method were, respectively, used to determine the transient flow and far-field aerodynamic noise. Then, the mechanism of noise reduction was investigated using a vortex theory. Based on the vortex theory, the positions and strengths of noise sources were determined using the Lamb vector. Finally, according to the fluid boundary layer theory, a nonsmooth riblet surface was arranged on the surface of the spokes, and the influences of the riblet structure parameters, including size, position, and direction, on aerodynamic noise were analyzed. Based on the vortex theory, it was found that the nonsmooth riblet structure can reduce the Lamb vector, suppress the generation of flow vortices, decrease acoustic source strength, and effectively decrease noise up to 5.18 dB using the optimized riblet structure. The study results provide a theoretical basis for the structural design of a new low-noise NPT.

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模拟软组织的变形是一个复杂的工程任务，面临的运算速度和系统精度之间的约束时，它更是难上加难。然而，文献缺乏用于开发软组织仿真的一个有效的系统的所有必要的方面（计算方法，交互设备，系统体系结构和临床验证）的整体审查。本文总结和分析了近期解决这些问题估计总的趋势和无力为未来的发展成就。有系统的审查过程是使用PRISMA协议有三个可靠的科学搜索引擎（ScienceDirect，考研，和IEEE）进行。五十五名相关论文最终被选择和纳入审查程序，并还对他们进行了质量评估程序。该计算方法被分为网状，无网格和混合的方法。关注虚拟手术器械和力反馈装置，三维扫描仪，生物力学传感器，人机接口设备，3D观众，和2D / 3D光学相机之间的组合交互设备。基于系统的执行方案和系统架构的概念，系统体系结构进行了分析。特别地，系统执行方案包括分布为基础，多线程系，和基于多模式-执行。系统框架分为输入和输出的相互作用框架，图形相互作用框架，所述模拟框架，和混合的框架。 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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高速子弹造成的头盔后钝性损伤机理难以理解。目前还缺乏相应的参数和试验方法来有效地评价这种损伤。因此，本研究的目的是在考虑冲击方向、冲击速度和冲击器结构的影响下，研究子弹冲击防弹头盔时人类头骨和脑组织的反应。本研究采用一种能准确重建头皮、颅骨、脑组织等解剖结构，并能真实反映大脑在高冲击速度下的生物力学响应的人脑有限元模型。从模拟中提取了反映BHBT风险的参数:背板变形(BFD)、脑位移、颅骨应力和硬脑膜压力，并研究了BHBT与防弹设备结构和性能的关系。仿真结果表明，颅骨正面冲击产生的BFD量最大，当冲击方向为侧面时，颅骨应力约为其他方向的两倍。随着撞击速度的增加，BFD、脑位移、颅骨应力、硬脑膜压力增加。相同动能条件下，不同结构弹体对脑损伤的影响是不同的。手枪子弹造成的头骨应力最大。结果表明，当子弹撞击防弹头盔时，其引起脑位移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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老年和残疾人人口迅速增加。通过提高对日常活动的信心来提高他们的生活水平是很重要的。导航是一项重要的任务，大多数老年人和残疾人需要帮助。用能够通过轮椅系统辅助人类导航的智能系统代替人类辅助是一个有效的解决方案。手势常用于导航系统。然而，这些系统不具备准确识别手势差异的能力。因此，本文提出了一种基于人体研究建立的具有手势方差补偿能力的智能手势分类系统的方法。通过实验，评价了用户对手势模型的记忆、回忆能力和适应性。介绍了动态手势识别模块(DGIM)、静态手势识别模块(SGIM)和手势澄清器(GC)来识别手势命令。分析了该系统的精度和使用人体实验结果的精度。 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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