生物柔性脱附-田鼠

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1、文献综述田鼠的生物柔性脱附及其应用-7-文献综述前言在人们的科研、生产、生活以及其他活动实践中，需要使用越来越多的工程机械，这些工程机械中有些是以地面、土壤为工作对象，需要按一定的要求来处理地面，比如各种农业机具、土方工程机械等；有些以地面为工作介质，不希望破坏地面，比如在地面行走各种交通工具和军事车辆等，它们被统称为地面机械[1,2]。在使用这些机械的过程中，人们发现在黏湿的工作环境中，其触土部件的土壤粘附问题会严重影响机械的工作效率、使用寿命以及作业的质量，增大能量的消耗，甚至使机械无法正常运行和工作[3,4]。大量的工农业生产实践和科学研究

2、表明，土壤等黏湿物料的粘附严重影响和制约着众多工程领域的发展。一些研究表明在车辆工程、土方工程、农业工程和能源工程等诸多领域，土壤的粘附问题会造成了巨大的损失，比如，使车辆失去行驶能力、降低生产率以及增加能耗等[4-9]。为了解决这个问题，许多专家学者把大量精力用来研究解决土壤粘附的问题，但是因其依据的是经典理论，采用的是传统方法，所以一直未见重大突破[4]。科研工作者经过大量的观察、实验和研究，发现自然界的很多生物具有脱附功能，尤其是土壤动物具有非常优异的脱附功能。这主要是它们为了适应环境和维持生存的需要，在自然界中经过亿万年的进化和演变，在经

3、过大自然有声劣汰的法则下，进化出各种各样具有防粘脱附功能的形态和结构，从而具有了独特的适应土壤环境的生存能力。比如软体动物蜗牛，环节动物蚯蚓，节肢动物蝼蛄、蚂蚁和蜣螂，哺乳动物穿山甲、和田鼠等，它们都具有非常完善的减粘脱土功能，从而都能在黏湿的土壤条件下活动自如且毫不粘土[4,7]。土壤动物在行走和“工作”中具有明显的减粘脱土功能，而且其整个体表或身体都具有减粘脱土的能力。探索和研究土壤动物的这种优异的减粘脱土功能，对于地面机械的减粘脱土具有重要的实际意义和广阔的应用前景。田鼠是一种典型的土壤动物，其在土壤中能够活动自如，很好地完成挖掘等工作且身

4、体表面却能毫不粘土，田鼠的这种优异的减粘脱土功能主要是因为其身体是由多层次的柔性部分构成，在其运动过程中，不同柔性段之间存在着非线性的大变形与复原，这种相对柔性的运动可以脱掉土壤[10]。田鼠的这种柔性脱附减阻功能是工程仿生研究的一个重要方向，具有广阔的应用前景。-7-文献综述1田鼠的概述[11]田鼠是仓鼠科的一类，是啮齿目仓鼠科田鼠亚科的通称。与其他鼠类比较，田鼠的体型较结实，尾巴较短，眼睛和耳较小，耳壳略显露于毛外。毛色差别很大，呈灰黄、沙黄、棕褐以及棕灰色等。田鼠可在多种环境中生活，从寒冷的冻土带直至亚热带都有田鼠的存在。田鼠多为地栖种类，

5、它们挖掘地下通道或在倒木、树根、岩石下的缝隙中做窝。田鼠有的白天活动，有的夜间活动，也有的昼夜活动。多数以植物性食物为食，有些种类则吃小动物性食物。每年繁殖2-4次，每胎产仔5-14只，寿命约为2年。田鼠是群居性非冬眠动物。春季鼠窝中存粮减少或吃尽，田鼠活动频繁，饥不择食；夏季田鼠处于怀孕、产崽、分窝高峰期，活动猖獗，极力找寻食物；　　秋季田鼠积极储粮，忙于奔波找食；冬季田鼠不冬眠，即使下了雪，黑夜仍会出洞活动。2生物柔性概述2.1生物脱附的类型针对工程机械触土部件的土壤粘附问题，很多专家学者做了大量研究工作，以期解决这个问题，其中吉林大学的很多

6、学者在此方面做出了巨大的贡献。任露泉[10]教授（中国科学院院士），通过生物仿生的方法，取得了很大的成功。他在近10年的时间里，踏踏实实地对6门10纲1万多只土壤动物进行了系统的、大量的生物测试、理论分析、计算机模拟和试验，终于取得了重大突破，探索出了多种不同类型动物遇黏不粘的机理。根据它们减粘脱附原理的不同，可以将其分为以下几类：⑴生物柔性。他们发现一些身体由多层次的柔性部分构成的动物，具有明显的脱附功能，比如田鼠、蛴螬等。它们的脱附机理为：它们的身体表面呈现出一维、二维和三维的柔性分层，当它们在运动或工作时，其自身不同柔性段之间存在着非线性的

7、大变形与复原，这种相对柔性的运动可以脱掉身体表面粘有的土壤。此外，柔性变形还能吸收能量，降低系统粘附力与摩擦热，身体的各柔性段还可以储流、通流，减弱接触面间的粘附强度，从而达到不粘的效果。-7-文献综述⑵生物非光滑。在研究中发现一些土壤动物具有非光滑的身体表面，比如蜣螂、穿山甲等，它们也都具有明显的脱附功能。这类土壤动物的脱附机理是其在黏湿的环境（土壤等）运动的时候，它们凹凸不平的身体表面会使与其接触的土壤表面产生轻微的振动，导致两者的接触面积和作用时间减少，微振能破坏接触面间连续的水膜，形成动态的局部空气膜，从而减小了土壤与动物体表间的粘附和摩

8、擦，达到不粘的效果。⑶生物电渗。发现一些运动着的土壤动物如蚯蚓等的身体表面受土壤的作用会产生变形，引发出相对于未产生运动的体表部位的负电