[发明专利]神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线的建模方法

说明书

本发明提供一种神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线的建模方法，包括神农洁蜣螂表皮取样及预处理、神农洁蜣螂表皮迎土面轮廓精密测量、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横向三维断面结构提取、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线提取、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线数学建模等五个步骤。与现有技术相比，采用本发明所建立的凸包截面轮廓曲线数学模型与生物原型的拟合程度较高，所建立的神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线数学模型可作为利用数控加工设备制造高逼真仿生脱附减阻表面的数据来源。

技术领域

本发明提供一种神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线的建模方法，属于仿生脱附减阻技术领域。

背景技术

生物经过近40亿年的进化，其结构和功能为了适应环境而在不断地进行优化，许多生物体表已逐渐发展成各种非光滑功能表面。“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型现象，昆虫、植物、鱼类、鸟类、贝类等表现出各种类型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脱附、减阻、自洁、降噪、伪装、耐磨、抗氧化等多种功能。生物体表的这种表面形态是生物自身的机体结构与生存环境长期作用的最优结果，其优越性是人为设计的机器所无法比拟的。

在生物非光滑表面众多已知的独特机能中，当属脱附、自洁最吸引人类关注和学习。例如，具有微纳乳凸的荷叶能够“出淤泥而不染”，表皮凸凹不平的蜣螂能够在黏湿的粪堆或土壤中行动自如而保持身体清洁。生物非光滑脱附、自洁现象足以引发人类研究和学习，而对生物表皮典型微观结构进行数学建模，以便进行后续应用无疑是一种重要的研究方式。例如专利号为ZL201210025713.4的发明专利介绍了一种软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线的建模方法。

神农洁蜣螂是节肢动物门、鞘翅目、金龟子科、洁蜣螂属、常见粪食性甲虫，其体表迎土面上的微观凸包结构是一种典型的具有土壤脱附、自洁功能的生物非光滑结构。对神农洁蜣螂表皮迎土面上的凸包微结构截面轮廓曲线尤其是横轴截面轮廓曲线进行数学建模，对于利用其独特结构特性开展结构仿生研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线的建模方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓曲线的建模方法，包括有下列步骤。

第一步：神农洁蜣螂表皮取样及预处理

（A）从购置的神农洁蜣螂成虫干制标本上裁取处于迎土面上的表皮样本，首先对其标记虫体中轴线，再用去离子水冲洗3～5次，然后将洗净的神农洁蜣螂干制表皮样本在2.5%戊二醛溶液中化学固定3～5h，化学固定温度0～4℃，制得神农洁蜣螂固定表皮样本；

（B）将经（A）步骤制得的神农洁蜣螂固定表皮样本采用去离子水清洗6～8次，然后在50～70℃条件下烘干1～2h，制得含水率5%～10%的神农洁蜣螂干燥表皮样本。

第二步：神农洁蜣螂表皮迎土面轮廓精密测量

（A）将第一步制得的神农洁蜣螂干燥表皮样本固定在光学式表面轮廓仪的工作台上，设置光学式表面轮廓仪的扫描参数对神农洁蜣螂干燥表皮样本重复扫描3～5次；

（B）从经（A）步骤扫描后由表面轮廓仪配套处理软件自动生成的测量样本三维表面轮廓图像中选取清晰、无噪点的图像，获得神农洁蜣螂干燥表皮样本的表面轮廓图像。

第三步：神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横向三维断面结构提取

（A）在第二步制得的神农洁蜣螂干燥表皮样本表面轮廓图像中选取出单个完整凸包，从该凸包上获取过凸包最高点且垂直于虫体中轴线方向的凸包横向中轴线；