【我的毕设故事】基础教研室2015届硕士毕业生康鹏飞：动物外骨骼形态研究去与设计应用—以无人机抗坠毁结构设计为例

姓名：康鹏飞
系别：基础教研室
研究方向：设计基础
作品名称《动物外骨骼形态研究去与设计应用——以无人机抗坠毁结构设计为例》
指导教师：邱松 

       每个毕业生都有一段毕业的故事，回顾自己做毕设的过程，感慨万千，太多故事，难以尽述。

       在选题之初，我已预料到难度是相当之大，但是出于对骨骼的喜爱和自我挑战的心态，还是毅然选择了这个课题。

       首先，涉及的学科众多，包括生物学，解剖学，数学，物理学，工程力学，等等。以一人之力，触及众多学科，并完成其相关部分的分析与论证，笔者自身也感到了巨大的压力，一度曾有延期毕业的打算。

       将研究对象锁定在昆虫这一具体范畴之后，问题也就接踵而至。昆虫的体量，大不及猫狗，小不及细菌，肉眼观察实在难辨秋毫，而显微观察，又无法顾及整体。唯有介于这两者之间的观察方式最为适用，微距摄影看似可以解决观察距离与尺寸的问题，但亦有其局限性，那就是只能平面观察。于是为了更全面地观察，笔者也是花费无数，穷尽脑汁，例如购置头戴式钟表修理放大镜等等。      

图1 头戴式放大镜观察 

图2第一次“进货”的标本 

图3四条巨大的越南巨齿蛉（湿虫），实物远比照片恐怖的多…… 

       此外，研究对象的采集，也是煞费苦心。经过测试发现，标本虽较容易获得，但其研究价值不若活虫及湿虫。然而昆虫的生命周期极短，而且一旦获得研究对象之后，保存和维护仍是无法忽视的问题。不像无机物可以束之高阁，不像植物浇水即可。所以又引申出了另外一个问题——昆虫饲养。

       经过了前期的摸索，发现湿虫的价值相比于活虫也不算逊色。所谓湿虫，就是将活虫用低度酒精或者防腐药水浸泡，与此同时，昆虫也会窒息并且中毒而亡。或是将刚死掉的动物在第一时间用低度酒精，或者福尔马林浸泡起来，这样可以保持其外骨骼以及肌肉的水分，最大限度地保存其机体结构。标本的价值则远低于活虫及湿虫。标本是风干后的昆虫，失去了水分，机体成分发生了巨大改变。失去了鲜活的参考意义。

      然而最要命的是福尔马林的挥发，导致我常常解剖过程中出现头痛的症状，但又不得不继续……   

图4 独角仙与蝉解剖全图 

图5 蜻蜓胸腔解剖——最有成就感的解剖作品 

       为了进一步观察昆虫外骨骼以及其肌肉的结构，还制作了昆虫的切片。切片的制作过程非常困难。在制作独角仙的切片时，由于其外骨骼十分坚硬，尝试了多种刀具，并尝试了冷冻解剖，结果依然难以令人满意。激光切割虽能较容易地将其切断，但是截面又会因为高温而氧化，又失去了观察的意义。设备有限，最终用手锯将其切开，但是在拉扯锯条的过程中，难免会剐蹭其结构，但是好在破坏不是很大，在简单修复后仍可观察。 

图6 独角仙头部切片与横截面制作（冷冻后手锯切开）

图7 显微观察的过程实在痛苦，反复调整位置以看清表面，对于耐心是极大的挑战，只好赤膊上阵以散热 

期间还制作了飞机骨架模型，以研究现有飞机结构。 

图8 现有飞机简易结构制作用于参考 

       在所有观察基本结束之后，要开始提取形态规律，这是最核心，也是最难的环节，经过了很久，都没有提炼出突破性的规律，但是功夫不负有心人，只要有量的积累，就会产生质变。终于，通过不断变化观察工具和方法，有一些具有突破性的发现。 

图9 三维扫描与放大20倍3D打印  

图10 对于外骨骼表面曲率变化的发现

       篇幅有限，文中仅仅列举了最简单的一个发现，此外还提出了很多规律。例如：  

图11 外骨骼形态规律提取（规律之一）

       借助于工科的力学测试方法与自制的实物模型，所提出的规律得到了验证

       接下来，是设计的发散，和最终方案优化的环节。

图12 设计发散 

图13 最终方案

图14  最终的实物模型

图15 展板 

       面对如此艰巨的任务，自己的信心一次一次地受到打击，几度崩溃，好在我的导师，邱松老师耐心的教导与鼓励，使我每每在崩溃的边缘，又鼓起勇气，树立起按时完成毕业设计以及毕业论文的信心。

图16 展览时和邱松导师的合影