自然界生物运动形式千姿百态,单细胞微生物鞭毛细菌是最简单生命体,其在低雷诺数环境下特有游动形式及机理研究是极富有挑战的课题。鞭毛细菌的研究属于纳米机器人范畴,是当前机器人领域中一个重要前沿分支。仿生鞭毛细菌游动机器人的研究和开发不但将在微创手术、高精确度目标药物投放、纳米传感器等微型操作中有广阔的应用前景,而且在高粘度环境下的探险、求援等宏观操作方面有所应用。关于鞭毛细菌,论文主要在以下几个方面进行了研究:1.鞭毛细菌结构及其游动机理介绍细菌鞭毛的三个组成部分:鞭毛马达,鞭毛钩,鞭毛丝;分析鞭毛与流体相互作用而产生的鞭毛丝成束前行和解束翻转交替作用的游动方式、以及鞭毛细菌在近壁运动时的墙效应游动机理;探讨细菌鞭毛的几何形态与运动方式的关系。2.细菌鞭毛绑定成束机理仿真研究以多节弹簧三菱柱构造左旋螺旋的鞭毛模型;在斯托克斯流理论基础上,引入截止函数消除斯托克子和旋转子奇点效应,将对鞭毛作用的流场力和力矩分别转化为正则斯托克斯子和正则旋转子,对鞭毛的运动进行仿真研究;根据仿真结果探讨鞭毛驱动力拒、鞭毛丝刚度、正则系数等参数与运动之间的关系。构建了用于分析鞭毛之间的流场相互作用对成束影响的三鞭毛模型。仿真研究为宏观模型的建立提供了结构参数选取的依据。3.鞭毛细菌的宏观仿真机器人模型根据流体力学中的力学相似性理论,确定了反映鞭毛运动特性主要影响参数(包括流体粘性力,鞭毛丝刚度等),并根据影响参数确立了宏微模型间的相似基准数:雷诺数(Re)和粘弹比(M)。根据这两各基