杨继全，李 娜，施建平，唐文来，张 钢

(南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京 210023)

自然界中的物体大多是由多种材料构成的非均质物体，即异质实体(heterogeneous objects, HEO)，其材料组分在空间分布上相异。例如，骨骼、牙齿和竹子等就属于典型的异质实体，其特点是具有最高强度的物质分布在需要最高强度的区域，这是最优的物质结构形式，这种结构形式能降低结构破损的概率，使得生物体能更好地适应生存环境。

1 异质实体分类

目前，异质实体已成为多个学科共同的研究热点，按照功能和结构形式可将其分为人造型异质实体、自然型异质实体和变异型异质实体3类，如图1所示[1]。

图1 异质实体分类

1)自然型异质实体。

自然型异质实体是指大自然中存在的各类含有多种材料、且结构形式和材料分布呈静态或呈连续有规律动态分布的非均质物体，如竹子。图2所示为竹子微结构，其从内层至外层，材料结构渐变，强度依次增强，致密度依次增加[2]，这种材料分布渐变式结构有利于竹子保持质量轻的同时具有足够的弹性和强度。

图2 竹子微结构

骨骼是另一种典型的自然型异质实体，其组织可看作一个矿化组织的骨骼系统，结构如图3所示。骨骼由骨间质和骨细胞构成，其中，骨间质由胶原蛋白纤维、磷酸钙、碳酸钙、镁离子、氟离子等组成，且磷酸钙和碳酸钙等骨盐又与血钙、磷含量密切相关，相互补充[3]，不断更新；骨细胞可促进骨质溶解(称为骨细胞性溶骨)，引起骨质疏松，发生骨折。……