仿生学在农业机械领域的应用与展望

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1、仿生技术在农业机械领域的应用与展望韩志武1曹焱焱2（吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春130022）【摘要】随着农村劳动人口的减少，农业生产对机械化水平的要求越来越高。同时，国家对节能减排，土地保护重视程度也越来越大，这些迫使我们必须尽快寻找更多的途径来解决农业机械领域现存的许多问题。本文对仿生学的几种研究方法在农业机械领域应用所取得的部分成果进行分析和整理，并展望仿生技术在农业机械领域的应用前景，旨在为解决我国农业机械存在的一些问题提供新的思路。关键词：农业机械仿生学应用展望TheApplicationandProspectof

2、theBionicsinAgriculturalmachineryZhiwuHan1,YanyanCao2(Thekeylaboratoryofbionicengineering)AbstractWithanageingandfallingofagriculturallaborpopulation,theagriculturalproductiongrowevermoretechnicallydemanding.Atthesametime,thestatepayattentiontoenergyconservationandemiss

3、ionreductionsandsoilprotection.Sothesereasonsforcewemustfindmorewaysassoonaspossibletosolvethemanyexistingquestionsinagriculturalmachineryfield.Thispapergavethepartofachievementsofseveralbionicsmethodsinagriculturalmachineryfieldandhadanalysisandfinishing.Andauthorslook

4、edintothedistanceabouttheapplicationprospectofbionictechnologyinagriculturalmachineryfieldinfuture,soastoprovidesomenewideasforsolvingtheexistingproblemsofagriculturalmachinery.Keywords:Agriculturalmachinery,Bionics,Application,Prospect引言我国人口逐渐进入老龄化，农村劳动人口的数量逐渐减少，给农业机械的

5、发展带来新的气息，然而我国土地形貌复杂，农业机械化水平不高。如何制造高效、低耗适应我国土地地况的农业机械是一个亟待解决的问题。自然界中的生物，在优胜劣汰的进化过程中，为了生存，必须造就适应环境、延续生命的本领[1-2]。仿生学是利用自然生物系统构造和生命活动过程作为技术创新设计的依据，有意识地进行模仿与复制，开启了人类社会向自然界索取转入向生物界学习的新纪元[3]。农业机械由于其工作工况复杂，对作业机械元件的综合性能要求很高，同时农业机械的生产特点又要考虑到其经济性。要求农业机械的作业成本低、工作精度高、机械寿命长。本文列举了一些利用

6、仿生学解决农业机械领域问题、提高生产效率的研究成果，以供参考和引发解决相关问题的新的思考。1.形态仿生:形态仿生是通过相似类比模拟生物表面形态以实现目标功能的一种仿生学方法。其中的非光滑形态仿生，早已成为国际工程仿生领域的研究热点[3]。任露泉等通过对臭蜣螂表面、步甲、蝼蛄（图1）等土壤动物表面形态全面深入的研究，提出了系统的非光滑减粘降阻理论[4]。为农业机械提高效率、实现节能减排提供了强有力的理论技术支持。最近，江苏大学李耀明等将仿生非光滑机理运用到油菜收获机的筛面上，结果表明，仿生非光滑筛面的减粘率普遍超过30%，最高达到90%

7、[5]。北京农业大学王立新等仿猪笼草（图2）滑移区，研制了新型蝗虫捕集滑板，效果显著[6]。图1一些典型的动物粗糙的形态结构(a)蜣螂头部,图2.四种猪笼(b)蝼蛄表面,(c)步甲腹部,(d)穿山甲的鳞片2.结构仿生：结构仿生是指模仿生物体不通尺度（宏观、微观、纳观）的结构模式，构建仿生结构或者系统[3]。仿生机器人早已应用于农业生产、收货、加工等各个领域。唐启敬等设计了出具有抗冲击、耐腐蚀、自清洁、传动机构内置、驱动远离末端执行件安装等特征的复合肥取样仿生机器[7]。孙钟雷、孙永海等模拟人的咀嚼动作粉碎食物，设计制造了设计仿生咀嚼装

8、置，如图3[8]。张国英等利用山羊对山地行走（图4）的敏捷灵巧，设计了适合山地作业的行走机器人[9]。大自然中仍然存在许多精致的结构是我们人类所未知的。因此，结构仿生学在农业方面的应用前景非常广阔。图3.仿生咀嚼装置结构