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  • 紅興隆北雁現代化農機

    紅興隆農墾農業(yè)機械化、北大荒雁窩島集團農業(yè)機械化,向全國農機行業(yè)的各位領(lǐng)導同仁致敬。

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    用**低的能耗換取**高的效率收藏

    用**低的能耗換取**高的效率
       ——訪(fǎng)中國科學(xué)院院士、吉林大學(xué)教授任露泉
    發(fā)布日期:2008年4月18日  來(lái)源:中國農機化導報  作者:劉卓 張桃英


     
    采訪(fǎng)任露泉真是不容易。
    2007年底成功當選中國科學(xué)院院士的他,受到眾多媒體關(guān)注??墒侨温度t虛低調的作風(fēng),絲毫沒(méi)有改變。本報記者多次提出采訪(fǎng)要求,都被他婉言謝絕:“我只是做了一點(diǎn)份內之事?!?/div>
    3月18日,任露泉作為“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“多功能農業(yè)裝備與設施研制”的專(zhuān)家組成員來(lái)京參加項目執行大會(huì ),再度被記者堵在了會(huì )場(chǎng)。
    “好吧,我接受你們的采訪(fǎng)。但是關(guān)于我個(gè)人,實(shí)在沒(méi)什么好說(shuō)的,還是和你們嘮嘮我所從事的研究工作吧?!本瓦@樣,任露泉在我們對面坐下。波瀾不驚的談話(huà)中,一個(gè)執著(zhù)進(jìn)取的學(xué)者形象漸漸飽滿(mǎn)了起來(lái)。
    第 一 個(gè) 偶 然
    今年64歲的任露泉,發(fā)現了仿生科學(xué)領(lǐng)域的生物脫附減阻特征規律,提出了生物形態(tài)、柔性、電滲、構形和組成等多因素綜合脫附減阻理論和生物非光滑理論,開(kāi)拓了農業(yè)機械、地面機械仿生設計方向,在業(yè)內享有崇高聲譽(yù)??墒钱敵?,任露泉之所以會(huì )走上工程仿生之路,卻是由兩個(gè)偶然事件引發(fā)的。
    1981年,任露泉在吉林工業(yè)大學(xué)拖拉機專(zhuān)業(yè)獲得碩士學(xué)位后,被留在該校農機系拖拉機專(zhuān)業(yè)從事教學(xué)工作。次年,他到洛陽(yáng)進(jìn)行拖拉機負荷車(chē)設計調研,偶然看到這樣一個(gè)畫(huà)面:挖掘機鏟斗中的土怎么也抖落不掉,人們不得不停下緊張的工作,一鏟鏟地清除。
    這極其平常的一幕,落在任露泉眼里、心上,卻激起了層層漣漪:“我出生在江蘇農村,從小就和泥土打交道。此情此景,讓我感到了一種責任,也迸發(fā)了一股要解決這個(gè)問(wèn)題的沖動(dòng)?!?/div>
    從洛陽(yáng)回來(lái),任露泉就把自己想研究土壤粘附的打算告訴了導師陳秉聰教授。陳秉聰語(yǔ)重心長(cháng)地對他說(shuō):“這項研究非常有價(jià)值,但肯定也是非常困難的,也許幾年出不了成果,如果有決心,可以試試!”他聽(tīng)得出,導師是支持他的,同時(shí)也指出了研究的難度,使他冷靜而縝密地思考這個(gè)問(wèn)題,他不再猶豫了,毅然選擇了研究土壤粘附這一課題。
    第 二 個(gè) 偶 然
    從此,任露泉開(kāi)始了廣泛而深入的調研,并在世界范圍內搜集相關(guān)資料。通過(guò)開(kāi)展這些前期準備工作,任露泉意識到,他所選擇的土壤黏附課題是一項世界性的技術(shù)難題。無(wú)論是國內還是國外,都找不到現成的經(jīng)驗和技術(shù)模式;資料相當有限,甚至連基本的研究測量?jì)x器都沒(méi)有。為此,任露泉和老師同學(xué)們一道,歷時(shí)近三年研制出了測量?jì)x器。
    可問(wèn)題的關(guān)鍵是:采用什么技術(shù)和方法解決土壤粘附問(wèn)題?這成為一個(gè)巨大的問(wèn)號,時(shí)時(shí)刻刻在任露泉腦海里閃爍。正所謂天道酬勤,就在他整日琢磨、百思不得其解之際,第二個(gè)偶然事件發(fā)生了。
    1983年,任露泉家住在工大新村,孩子每天上下學(xué)總要路過(guò)一片田鼠亂竄的稻田。放學(xué)了,孩子就一頭扎進(jìn)田里捉田鼠,可往往是田鼠沒(méi)捉到,還把自己弄得像只小泥猴兒。聽(tīng)了孩子的“控訴”,任露泉心里一動(dòng),親自前往稻田觀(guān)察。一只被幾個(gè)孩子追趕得正歡的田鼠在泥濘的土里快速穿梭,突然竄到任露泉面前。任露泉驚訝地發(fā)現,那只田鼠全身的皮毛竟是干干凈凈,絲毫沒(méi)有粘上泥土。他眼前一亮,茅塞頓開(kāi):何不把田鼠的本領(lǐng)移到地面機械上來(lái)?
    霎那間的靈感立刻傳遍整個(gè)神經(jīng),任露泉隨即聯(lián)想到蚯蚓、蜣螂、蚯蚓、穿山甲等生物都具有類(lèi)似本領(lǐng),他激動(dòng)不已,一個(gè)用動(dòng)物的不粘本領(lǐng)解決機械粘土問(wèn)題的想法在腦海里漸漸明晰。就這樣,“地面機械仿生脫附減阻”的研究方向確立了。
    雖然研究方向確定了,但怎么搞,從實(shí)驗設備到實(shí)驗材料都沒(méi)有,不僅國內沒(méi)有,國外也沒(méi)有,一切都從零開(kāi)始。他到東北師范大學(xué)生物系,動(dòng)物、地理系旁聽(tīng)有關(guān)課程,學(xué)習抓動(dòng)物,到吉林大學(xué)(當時(shí)吉林大學(xué)和吉林工業(yè)大學(xué)還沒(méi)有合并)分子生物系學(xué)習動(dòng)物測量,到北京大學(xué)生物系找專(zhuān)家請教,一步一步做;他白天與蜣螂、蚯蚓、螻蛄、蝎子、田鼠、泥鰍等動(dòng)物打交道,反復進(jìn)行室內外的試驗、觀(guān)察和分析,晚上便處理數據和鉆研必要的新知識;他四處搜集資料,任何一個(gè)相關(guān)信息都不肯放過(guò),聽(tīng)人說(shuō)某部隊一軍官曾做過(guò)蜣螂不粘的研究,他就立即前去拜訪(fǎng)……。如此棘手的技術(shù)難題,需要以新的思維理念,通過(guò)交叉學(xué)科進(jìn)行研究,這對于當時(shí)缺乏一切人力、物力、財力的任露泉來(lái)說(shuō),可謂舉步維艱。
    六 年 寂 寞
    “1984年到1989年,我們沒(méi)有發(fā)表過(guò)一篇仿生學(xué)方面的文章?!笨吹轿覀凅@訝的表情,任露泉接著(zhù)說(shuō):“這六年時(shí)間,我們做了大量基礎實(shí)驗,并開(kāi)展了計算機模擬、分析數據和建立模型?!苯?jīng)過(guò)六年的積累,1990年一年整個(gè)科研團隊就發(fā)表論文20多篇,任露泉自己就獨立撰寫(xiě)了17篇。
    任露泉帶領(lǐng)由10多個(gè)專(zhuān)業(yè)的研究人員組成的科研團隊,踏踏實(shí)實(shí)地對6門(mén)10綱1萬(wàn)多只土壤動(dòng)物進(jìn)行了系統的、大量的生物測試、理論分析、計算機模擬和試驗,終于取得了重大突破,探索出了多種不同類(lèi)型動(dòng)物遇黏不粘的機理。由任露泉娓娓道來(lái),這些科學(xué)發(fā)現顯得既生動(dòng),又有趣。
    例如,研究發(fā)現,具有非光滑身體表面的土壤動(dòng)物,如蜣螂、穿山甲等,具有脫附功能,其機理為:此類(lèi)動(dòng)物在黏性的土壤或物料中運動(dòng)的時(shí)候,凹凸不平的身體表面會(huì )使與其接觸的土壤表面產(chǎn)生輕微的振動(dòng),導致兩者的接觸面積和作用時(shí)間減少,微振還能破壞接觸面間連續的水膜,形成動(dòng)態(tài)的局部的空氣膜,從而減小了土壤與動(dòng)物體表間的粘附和摩擦,達到不粘的效果。
    而身體由多層次的柔性部分構成的動(dòng)物,如田鼠等,同樣具有脫附功能。其機理為:此類(lèi)動(dòng)物運動(dòng)時(shí),自身不同柔性段之間存在非線(xiàn)性的大變形與復原,這種相對柔動(dòng)可以脫掉土壤。柔性變形還能吸收能量,降低系統粘附力與摩擦熱,各柔層段還可以?xún)α?、通流,減弱接觸面間的粘附強度,從而達到不粘的效果。
    一些運動(dòng)著(zhù)的動(dòng)物如蚯蚓等身體表面受土壤的作用產(chǎn)生變形,引發(fā)出相對于未運動(dòng)體表部位的負電位,當體表多個(gè)部位受到刺激,就產(chǎn)生多處與正電位距離很短的負電位區,產(chǎn)生低壓高效電滲現象,使土壤粘附力和摩擦力減小,達到不粘的效果。
    除此之外,還發(fā)現了一些動(dòng)物具有的特殊的幾何形體,爪趾構形、體表結構及分泌物具有脫附功能,并揭示了各自的機理。
    在經(jīng)過(guò)整整六年的埋頭苦干之后,任露泉提出了“生物體表形態(tài)、構形、結構、生物電、生物潤滑及生物柔性等多因素綜合脫附減阻理論”,這是國際上首次提出的重要的原創(chuàng )性成果,在國內外同行中引起了強烈的反響和高度的評價(jià)。英國皇家學(xué)會(huì )會(huì )刊《Excellence in Science》載文將任露泉稱(chēng)之為 “ 中國仿生學(xué)研究開(kāi)拓者之一”。
    對于這一理論,任露泉概括說(shuō):“土壤動(dòng)物運動(dòng)的基本原理就是用**小的能量消耗,實(shí)現**佳的自然適應。這一理論就是要用**低的能耗,換取**高的作業(yè)效率?!?/div>
    厚 積 薄 發(fā)
    傳統的理念認為,物體本身越光滑,它的阻力和粘附力就越小,可實(shí)際情況并非如此。比如耕地用的鏵犁,使用久了就會(huì )粘附很多泥土;盛飯用的飯勺,盛幾次飯就會(huì )粘滿(mǎn)飯粒;拉煤用的礦車(chē),時(shí)間長(cháng)了會(huì )粘附厚厚的煤粉。這就是土壤、煤粉等黏濕物料在加工、運輸過(guò)程中普遍存在著(zhù)對機械部件的粘附和阻力現象。背上沉重包袱的機械,工作效率、作業(yè)質(zhì)量和使用性能大大降低,增大了動(dòng)力消耗。
    針對這一現象,美國科學(xué)家從研究海豚、鯊魚(yú)等海洋大型動(dòng)物入手、德國從研究荷葉等植物入手,開(kāi)展了減阻、自潔的探索性研究。而任露泉團隊則經(jīng)過(guò)對土壤動(dòng)物的系統研究,發(fā)現了生物脫附減阻現象,揭示了其脫附減阻機理?,F在聽(tīng)起來(lái),似乎并不深奧,可是當年,光是研究團隊通過(guò)電子顯微鏡拍攝蜣螂(俗名屎殼郎)用的膠卷,就裝滿(mǎn)了整整一旅行箱。
    如今,任露泉團隊發(fā)明的仿生脫附減阻技術(shù)已經(jīng)應用于全國6個(gè)省、自治區農業(yè)耕種、土方施工、煤炭生產(chǎn)和熱電廠(chǎng)粉煤運輸等機械中,開(kāi)發(fā)出了多種仿生產(chǎn)品,已向多家單位轉讓仿生技術(shù)并得以應用開(kāi)發(fā)。其中仿生犁壁和仿生鎮壓輥,2005年被列入國家科技成果重點(diǎn)推廣計劃。仿生犁壁脫附率90%以上,減阻8%~12%,節油7.2%;仿生柔性襯脫附率95%以上;仿生鎮壓輥脫附率達88%,減阻率達7.2%;仿生電滲脫附率90%,提高技術(shù)生產(chǎn)率30%,電滲電壓僅12V;仿生減阻深松鏟,比日本進(jìn)口深松鏟減小阻力6%~8%,取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
    任露泉的研究工作并未就此畫(huà)上句號,他正帶領(lǐng)他的團隊,將仿生技術(shù)向更廣的領(lǐng)域和更高的層面拓展:“原來(lái)我們的研究在地面機械領(lǐng)域,現在拓展到輕工、冶金、軍工、醫學(xué)等領(lǐng)域;原來(lái)是研究土壤介質(zhì),現在包括水、石油、巖石等更多介質(zhì);原來(lái)是在常溫下研究,現在向低溫和高溫環(huán)境拓展;原來(lái)我們只是研究脫附減阻,現在拓展到自潔、耐磨、抗疲勞、降噪、隱形等更多方向”。
    2005年在深圳高交會(huì )上,他們應用仿生脫附技術(shù)研制的不粘鍋受到了參會(huì )人員和時(shí)任國務(wù)院副總理曾培炎的高度評價(jià),并在高教展位1000多個(gè)參展項目中被評為優(yōu)秀新產(chǎn)品獎(僅有4項獲獎),現場(chǎng)與廣東美的電器公司簽定了該產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)協(xié)議。
    為了更好地交流和傳播工程仿生的創(chuàng )新性研究成果,任露泉還創(chuàng )辦了國際性學(xué)術(shù)刊物《Journal of Bionic Engineering》(《仿生工程學(xué)報》),編委會(huì )由中國、英國、美國、德國、日本、加拿大、比利時(shí)等14個(gè)國家的知名仿生學(xué)者組成。身為主編的任露泉組織對稿件實(shí)行嚴格的評審制度,保證稿件的學(xué)術(shù)質(zhì)量與水平。創(chuàng )刊不到3年,就被EI Compendex收錄。
    還有許許多多他計劃做或正在做的工作。他說(shuō):“要做的工作比已經(jīng)完成的工作要多得多,但我已與工程仿生結下了不解之緣,只要對工程仿生的發(fā)展有益處,我會(huì )盡我**大的努力做好我所能做的任何工作”。
     
    任露泉簡(jiǎn)歷:
    仿生科學(xué)與工程學(xué)家。吉林大學(xué)教授。1944年1月生于江蘇銅山,籍貫江蘇銅山。1967年畢業(yè)于吉林大學(xué),1981年在吉林工業(yè)大學(xué)獲工學(xué)碩士學(xué)位?,F任吉林大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì )副主任。
    長(cháng)期從事仿生科學(xué)與工程研究。在仿生科學(xué)方面,發(fā)現生物脫附減阻特征規律,提出生物形態(tài)、柔性、電滲、構形和組成等多因素綜合脫附減阻理論和生物非光滑理論,開(kāi)拓農業(yè)機械、地面機械仿生設計方向。在仿生工程方面,建立農業(yè)機械、地面機械仿生設計準則,發(fā)明多項不同于傳統理念的脫附減阻仿生技術(shù),并拓展到非土壤介質(zhì)多個(gè)工程領(lǐng)域,進(jìn)行自潔、耐磨、抗疲勞和降噪等耦合仿生研究,研制減粘犁壁、防粘鎮壓輥、減摩活塞、耐磨軋輥和鉆頭等多種仿生產(chǎn)品。
     



    發(fā)表于 @ 2008年07月02日 10:52:00 |點(diǎn)擊數()

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