B iomimetics - Bombardier beetle

1. Biomimetics- Bombardier beetle 授課老師 : 李旺龍教授 報告學生 :黃韶鵬 級別 : 機械所 碩一 學號 : N16961680

2. 大綱 • 何謂仿生學 • 放屁甲蟲介紹 • 防禦機制 • 模擬分析 • 可能的應用 • 參考文獻

3. 仿生學 仿生學(Biomimetics) 主要是觀察、研究和模擬自然界生物 各種各樣的特殊本領，包括生物本身結構、原理、行為、各 種器官功能、體內的物理和化學過程、能量的供給、記憶與 傳遞等。從而為科學技術中利用這些原理，提供新的設計思 想、工作原理和系統架構的技術科學 。 研究範圍: • 力學仿生 • 分子仿生 • 能量仿生 • 信息與控制仿生

4. 放屁甲蟲- Bombardier beetle 放屁甲蟲是很特別的生物，牠們的名字來自於其保護自己對 抗掠食者的能力，其能自尾部特殊腺體發射滾燙的有毒化學 物的混合液。

5. 放屁甲蟲- Bombardier beetle

6. 防禦機制 分泌細胞製造對苯二酚（hydroquinone）及過氧化氫（hydrogen peroxide，即雙氧水）（可能還有其他化合物，視物種而定），其被收集 於一保存區。保存區藉由一肌肉控制的門閥通往一厚壁反應室。這反應室 內有細胞，能分泌過氧化氫酶（catalase）及過氧化酶（peroxidase）。 當保存區的內容物被送至反應室後，過氧化氫酶及過氧化酶迅速將過氧化 氫分解並催化對苯二酚的氧化使其成為對苯醌（p-quinone）。這些反應釋 出氧氣，並產生足夠的熱以使得該混合物到達沸點並有1/5發生汽化。在釋 出的氣體壓力下，門閥被關閉，化合物則爆發般地自腹部尖端開口排出。

7. 防禦機制構造

8. 反應室模型

9. CFD-數值模擬

10. CFD-數值模擬 Figure 6. Section averaged exit velocities for different nozzle diameters with three different trigger pressures of (a) 1.15 bar, (b) 1.1 bar and (c) 1.05 bar.

11. CFD-數值模擬

12. CFD-數值模擬

13. 模擬結果 • 最好的噴嘴直徑是200(±10%)μｍ，在這尺寸下他能有效的短傳送熱物質至目標物，且在噴發期間能保持的高速，可以提供長時間有效的作用。 • 平均速度:12 m/s，最高速度 18.5m/s， • 噴發的距離:20-30 cm

14. 應用 • 燃氣渦輪點火器

15. 應用 • 應用於軍事技術： 　二戰期間，這種武器將兩種或多種能產生毒劑的化學物質分裝在兩個隔開的容器中，炮彈發射後隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內混合併發生反應，在到達目標的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易於生產、儲存、運輸，安全且不易失效。

16. 參考文獻 • Bioinsp. Biomim. 2(2007) 57–64, The bombardier beetle and its use of a pressure relief valve system to deliver a periodic pulsed spray. Novid Beheshti and Andy C Mcintosh • Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 96, pp. 9705–9709, August 1999 Ecology, The bombardier beetle and its use of a pressure relief valve system to deliver a periodic pulsed spray. THOMAS EISNER AND DANIEL J. ANESHANSLEY

17. Thanks for your attention!