工程仿生在农业机械减阻技术的应用

摘要： 随着仿生技术的不断发展，仿生学的各项研究成果也得到了广泛应用。在农业机械化推广过程中，使用的过程中产生的过大阻力是制约其良性快速发展的主要原因。而基于昆虫脱附减阻规律与食虫植物捕食现象的仿生学研究及其成果的应用能使农业机械减阻技术得到很好的发展。

关键词：工程仿生；农业机械；减阻技术 ；应用

中图分类号： S220.1 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.018

仿生学是在20世纪60年代开始形成并出现的一门新型学科，是生物学和工程技术学科结合在一起互相渗透而孕育出的新生科学，仿生学是人类模仿生物功能进行发明、创造技术结构的科学，其研究的是如何把生物体具有的功能或结构以及工作原理等，移植到工程实用技术中。当前全球范围内石油能源的消耗在急剧增加，引发了温室气体的排放迅速增加，气候变暖问题已日益严峻。农业机械在各种能耗机械中占据绝大部分份额，根据调查我国农业机械消耗的柴油量约占总量的30%，而且我国农业机械化的起步还较晚，只是在近些年才有了一些发展，而随着农业机械化生产方式的发展以及大量农机的使用，能源的消耗势必会逐渐增加，因此在农业生产过程中使用的机械上实施节能减排，有利于缓解我国的资源和环境压力。

1在农业机械减阻技术上应用工程仿生的原因

在农业生产中农作物的耕种和病虫害的防治是最关键的两个环节。在使用农业机械进行农作物耕种的过程中，当农业机械实施作业时不可避免会使耕种类机械上的部件与土壤产生直接接触，进而产生出因接触而发生的黏附力，不仅会使土壤黏附于触土部件的表面产生积留，还会因此增加机械作业的阻力，降低农业机械作业效率、质量及机械的使用寿命，而最重要的还是会因此增加农业机械的能源消耗。如果可以把仿生技术应用到农业机械的设计中来，例如分析、利用蜣螂腹部的纹理特征（这种生物特征能够在一定程度上减小土壤的粘附作用和摩擦力）进行仿生设计，就能使农业机械实现有效减少作业时的驱动力（能源消耗），也能提高机械的使用寿命。

另外一个农业生产的重要环节——病虫害防治，同时有对仿生技术的需求，这是因为在使用仿生技术前进行病虫害防治时主要使用的手段是喷施农药，但这种方法在实现快速灭杀病虫害的同时会造成土壤、产品以及生态环境中农药成份的残留、积淀，严重破坏农业的生态系统平衡，威胁环境及人们的健康。这时如果可以仿生自然界中蝗虫的机械化滑移捕集功能则能很好地克服上面这种情况的发生。该仿生技术是通过模仿蝗虫的生物功能制造出具有良好滑移功能的捕集滑板，以此来实现对蝗虫或其他类别昆虫的捕集。这样的操作不仅能实现有效地虫害防治，还不会对环境造成污染。所以不管从哪方面出发考虑，仿生技术的应用对农业机械化生产都具有十分重要的意义。

2 仿生技术的发展概况

由于仿生学研究的出发点就是以模仿生物结构、功能方面的基本原理来制作新的或者改进旧的机构、仪器、建筑等，所以相对来说是处于在生物学与技术科学间发展起来的边缘类学科。仿生学研究、学习各类生物的多样化能力，研究作用机制，并把这作为开展技术设计的路径。仿生学的出现使生物学、生理学、神经学及计算机、通讯等多种工程技术科学得以紧密联系起来，所以仿生技术就是根据生物结构性质、能量转换、信息传递过程而对现有机械、仪器、工艺过程进行改进或创造新的机械、仪器和工艺过程的技术。

3工程仿生在农业机械减阻技术方面的应用和展望

自仿生学诞生以来，仿生技术就得到了迅速发展和广泛应用，尤其是近些年，很多国家都在加大在生物、物理、化学、工程技术等领域的仿生学研究，并投入大量人力、物力，获得了惊人的进展。仿生学的很多研究成果经实践证明也确实对解决农作物耕种过程中存在的土壤阻力和农作物病虫害防治有很明显的效果。

在自然界中，动物（包括昆虫）在数亿万年的竞争进化后，逐渐形成了自身独具特色却又高度适应环境的生理特性（如几何体形结构、表面非光滑织结构等），并在运动平稳性、灵活性和对能量的高效利用方面表现出远优于现代农业发展的特性。例如，在土壤中生存的动物体，体表普遍都会表现出几何非光滑特征，即以一定几何形状的结构单元随机或规律地分布于体表的某些部位（结构单元有鳞片形、凸包形、凹坑形、波纹形等），当这些非光滑体表在与土壤进行接触时会相互作用产生微振效应或水膜不连续效应或界面空气膜效应等，这些效应会使粘附面产生一定频率振幅的微动，从而实现减少与土壤的接触面积和时间，从而能减小土壤与动物非光滑体表的粘附力和摩擦力。所以通过仿生技术的研究把这一反应应用到农业机械上，能很好地实现农业机械作业时遇到的土壤阻力问题，在实现有效作业的同时达到节能减排的效果。

因此，在农业机械上应用工程仿生就是从仿生学研究的视角出发，在对动植物的生理结构、功能特性及其所包含的物质、能量、信息等方面分析、探索的基础上，研究出如何把生物功能有效嫁接到农业机械的制造、设计过程中，实现农业机械的减阻、脱附、耐磨。

4结语

把工程仿生技术应用于农业机械领域能有效解决当前农业机械存在的作业效率低、能源消耗大的问题，而且通过农业机械的改进及应用又能最大限度地实践工程仿生技术的有效性，所以也会不可避免地推动工程仿生技术的发展。

作者简介：季祥，中专学历，梨树县农机学校，助理工程师，研究方向：农机工程。