工程仿生在農業機械減阻技術的應用

季祥

（梨樹縣農機學校，吉林四平136500）

工程仿生在農業機械減阻技術的應用

季祥

（梨樹縣農機學校，吉林四平136500）

隨著仿生技術的不斷發展，仿生學的各項研究成果也得到了廣泛應用。在農業機械化推廣過程中，使用的過程中產生的過大阻力是制約其良性快速發展的主要原因。而基于昆蟲脫附減阻規律與食蟲植物捕食現象的仿生學研究及其成果的應用能使農業機械減阻技術得到很好的發展。

工程仿生；農業機械；減阻技術；應用

仿生學是在20世紀60年代開始形成并出現的一門新型學科，是生物學和工程技術學科結合在一起互相滲透而孕育出的新生科學，仿生學是人類模仿生物功能進行發明、創造技術結構的科學，其研究的是如何把生物體具有的功能或結構以及工作原理等，移植到工程實用技術中。當前全球范圍內石油能源的消耗在急劇增加，引發了溫室氣體的排放迅速增加，氣候變暖問題已日益嚴峻。農業機械在各種能耗機械中占據絕大部分份額，根據調查我國農業機械消耗的柴油量約占總量的30%，而且我國農業機械化的起步還較晚，只是在近些年才有了一些發展，而隨著農業機械化生產方式的發展以及大量農機的使用，能源的消耗勢必會逐漸增加，因此在農業生產過程中使用的機械上實施節能減排，有利于緩解我國的資源和環境壓力。

1 在農業機械減阻技術上應用工程仿生的原因

在農業生產中農作物的耕種和病蟲害的防治是最關鍵的兩個環節。在使用農業機械進行農作物耕種的過程中，當農業機械實施作業時不可避免會使耕種類機械上的部件與土壤產生直接接觸，進而產生出因接觸而發生的黏附力，不僅會使土壤黏附于觸土部件的表面產生積留，還會因此增加機械作業的阻力，降低農業機械作業效率、質量及機械的使用壽命，而最重要的還是會因此增加農業機械的能源消耗。如果可以把仿生技術應用到農業機械的設計中來，例如分析、利用蜣螂腹部的紋理特征（這種生物特征能夠在一定程度上減小土壤的粘附作用和摩擦力）進行仿生設計，就能使農業機械實現有效減少作業時的驅動力（能源消耗），也能提高機械的使用壽命。

另外一個農業生產的重要環節——病蟲害防治，同時有對仿生技術的需求，這是因為在使用仿生技術前進行病蟲害防治時主要使用的手段是噴施農藥，但這種方法在實現快速滅殺病蟲害的同時會造成土壤、產品以及生態環境中農藥成份的殘留、積淀，嚴重破壞農業的生態系統平衡，威脅環境及人們的健康。這時如果可以仿生自然界中蝗蟲的機械化滑移捕集功能則能很好地克服上面這種情況的發生。該仿生技術是通過模仿蝗蟲的生物功能制造出具有良好滑移功能的捕集滑板，以此來實現對蝗蟲或其他類別昆蟲的捕集。這樣的操作不僅能實現有效地蟲害防治，還不會對環境造成污染。所以不管從哪方面出發考慮，仿生技術的應用對農業機械化生產都具有十分重要的意義。

2 仿生技術的發展概況

由于仿生學研究的出發點就是以模仿生物結構、功能方面的基本原理來制作新的或者改進舊的機構、儀器、建筑等，所以相對來說是處于在生物學與技術科學間發展起來的邊緣類學科。仿生學研究、學習各類生物的多樣化能力，研究作用機制，并把這作為開展技術設計的路徑。仿生學的出現使生物學、生理學、神經學及計算機、通訊等多種工程技術科學得以緊密聯系起來，所以仿生技術就是根據生物結構性質、能量轉換、信息傳遞過程而對現有機械、儀器、工藝過程進行改進或創造新的機械、儀器和工藝過程的技術。

3 工程仿生在農業機械減阻技術方面的應用和展望

自仿生學誕生以來，仿生技術就得到了迅速發展和廣泛應用，尤其是近些年，很多國家都在加大在生物、物理、化學、工程技術等領域的仿生學研究，并投入大量人力、物力，獲得了驚人的進展。仿生學的很多研究成果經實踐證明也確實對解決農作物耕種過程中存在的土壤阻力和農作物病蟲害防治有很明顯的效果。

在自然界中，動物（包括昆蟲）在數億萬年的競爭進化后，逐漸形成了自身獨具特色卻又高度適應環境的生理特性（如幾何體形結構、表面非光滑織結構等），并在運動平穩性、靈活性和對能量的高效利用方面表現出遠優于現代農業發展的特性。例如，在土壤中生存的動物體，體表普遍都會表現出幾何非光滑特征，即以一定幾何形狀的結構單元隨機或規律地分布于體表的某些部位（結構單元有鱗片形、凸包形、凹坑形、波紋形等），當這些非光滑體表在與土壤進行接觸時會相互作用產生微振效應或水膜不連續效應或界面空氣膜效應等，這些效應會使粘附面產生一定頻率振幅的微動，從而實現減少與土壤的接觸面積和時間，從而能減小土壤與動物非光滑體表的粘附力和摩擦力。所以通過仿生技術的研究把這一反應應用到農業機械上，能很好地實現農業機械作業時遇到的土壤阻力問題，在實現有效作業的同時達到節能減排的效果。

因此，在農業機械上應用工程仿生就是從仿生學研究的視角出發，在對動植物的生理結構、功能特性及其所包含的物質、能量、信息等方面分析、探索的基礎上，研究出如何把生物功能有效嫁接到農業機械的制造、設計過程中，實現農業機械的減阻、脫附、耐磨。

4 結語

把工程仿生技術應用于農業機械領域能有效解決當前農業機械存在的作業效率低、能源消耗大的問題，而且通過農業機械的改進及應用又能最大限度地實踐工程仿生技術的有效性，所以也會不可避免地推動工程仿生技術的發展。

S220.1

A

10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.018

季祥，中專學歷，梨樹縣農機學校，助理工程師，研究方向：農機工程。