仿生原型毫-微牛级力测试技术研究进展闫征王立新潘盼摘要：許多动物依靠自然进化形成能够展现优异功能的身体结构，以其作为仿生原型，可为工程领域存在的复杂问题提供有效解决途径。仿生原型毫-微牛级力测试技术可为揭示仿生原型运动力学机制提供必要的测试手段。从呈现优异功能特性的典型仿生原型入手，综述了用于仿生原型运动功能与材料物理特性定量表征的毫-微牛级力测试技术研究进展，重点分析了传感器测力系统、离心运动测力系统、图像处理测力系统的原理与功能，指出仿生原型毫-微牛级力测试技术后续研究应重点关注以下3个方面：1）传感器测力系统应提升其动态响应特性与测试精度，以精确表征仿生原型的运动特性;2）离心运动测力系统应提升测试平台转速信息采集精度与高速摄像机图像清晰度，以准确表征微小仿生原型与材料表面的交互作用;3）图像处理测力系统应考虑如何从图像中精确提取微位移信息，以提高测力系统的测试精度与准确度。关键词：仿生学;仿生原型;毫-微牛级力;运动特性;测试技术：TB17：Adoi：10.7535/hbkd.2021yx03001Researchprogressonmilli-microNewtonlevelforcemeasurementtechnologyofbionicprototypeYANZheng，WANGLixin，PANPan（SchoolofMechanicalEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang，Hebei050018，China）Abstract：Dependingontheexcellentfunctionalbodystructureobtainedbythenaturalevolution，manyanimalshavebecomebionicprototypes，whichprovideeffectivesolutionsforcomplexproblemsintheengineeringfield.Themilli-microNewtonlevelforcemeasurementtechnologyofbionicprototypecanprovidethenecessarytestinginstrumentforrevealingthelocomotionmechanicalmechanismofthesebionicprototypes.Startingfromtheexcellentfunctionalcharacteristicoftypicalbionicprototypes，theresearchprogressofmilli-microNewtonlevelforcemeasurementtechnologyforquantitativecharacterizationofthelocomotionfunctionandmaterialphysicalpropertiesofbionicprototypeswassummarized.Especially，theprincipleandfunctionofforcemeasurementsystemwithsensor，theprincipleandfunctionofcentrifugalmovementforcemeasurementsystemandtheprincipleandfunctionofimageprocessingforcemeasurementsystemwereanalyzed.Threeaspectsarepointedoutsomeimportantaspectsthatbionicprototypemilli-microNewtonlevelforcemeasurementtechnologyshouldfocusoninthefuture：theforcemeasurementsystemwithsensorshouldimprovethedynamicresponsecharacteristicsandtestaccuracy，inordertoaccuratelycharacterizethemotionpropertyofthebiomimeticprototype;thecentrifugalmovementforcemeasurementsystemshouldpromotetheaccuracyoftestplatformspeedinformationcollectionandtheimagedefinitionofhigh-speedcamera，inordertoaccuratelycharacterizeinteractionbetweenthemicro-bionicprototypeandmaterialsurface;theimageprocessingforcemeasurementsystemshouldconsiderhowtoaccuratelyextractmicro-displacementinformationfromimages，inordertoimprovethetestprecisionandaccuracyoftheforcemeasurementsystem.Keywords：bionic;bionicprototype;milli-microNewtonlevelforce;locomotioncharacteristic;measurementtechnology工程仿生学依靠学科前沿性正逐步渗透到人类日常生活各个领域，因通过模拟生物獨特的身体结构与功能特性可为复杂问题提供有效解决途径，而受到国内外众多学者的广泛关注[1]。大自然数百万年的发展演变使得生物逐步获得适应栖息环境的生存能力和独特的运动功能特性。运动是动物繁衍、生殖、捕食的基础，同时也是进行迁徙活动的必备技能，许多动物依靠自然进化形成能够展现优异功能的身体结构，成为备受关注的仿生原型[2-3]。基于为复杂工程问题提供针对性解决途径的意图，国内外众多学者开展对仿生原型运动功能与材料物理特性的定量表征研究，为仿生原型优异功能特性产生机制的科学揭示提供了必...