仿生設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

王巍 李玉柱

[摘 要] 作為農(nóng)業(yè)大國，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的制造水平對(duì)提高我國農(nóng)業(yè)水平具有重要意義。仿生技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了我國機(jī)械設(shè)計(jì)水平的提高，同時(shí)提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。就仿生設(shè)計(jì)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

[關(guān) 鍵 詞] 農(nóng)業(yè)；機(jī)械；仿生技術(shù)

[中圖分類號(hào)] S220.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）19-0118-01

隨著科技水平的提高與人們對(duì)生物學(xué)領(lǐng)域的深入研究，仿生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?？蒲腥藛T將仿生技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率與水平，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來許多好處，其應(yīng)用形式十分豐富，具有極大的發(fā)展前景。

一、仿生設(shè)計(jì)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的意義

（一）提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體性能

仿生設(shè)計(jì)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用是較為全面的，包括農(nóng)業(yè)機(jī)械的材料、外形、結(jié)構(gòu)、功能、界面等方面。通過仿生設(shè)計(jì)使農(nóng)業(yè)機(jī)械在這些方面的性能都有了顯著提高，從而提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體性能，使農(nóng)民在生產(chǎn)過程中的工作更加輕松、便捷。

（二）提高農(nóng)業(yè)工作效率

通過提升機(jī)械性能，仿生設(shè)計(jì)更是提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率。利用模仿相關(guān)生物的特點(diǎn)改進(jìn)原有機(jī)械，使其在工作時(shí)更加高效、快捷，提高其工作效率的同時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的整體工作效率也被提高。

（三）滿足農(nóng)民的需求

在物質(zhì)條件允許的情況下，農(nóng)民希望在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞作中的機(jī)械可以為其提供更大的便利。如在犁地方面，從最為傳統(tǒng)的人工勞作開始逐漸演變?yōu)榻栌蒙罄绲亍C(jī)械犁地。同時(shí)，機(jī)械犁地也在不斷進(jìn)化著，從單壟作業(yè)到雙壟作業(yè)，到如今已經(jīng)發(fā)展成多壟作業(yè)。農(nóng)民對(duì)機(jī)械性能的要求越來越高。將仿生設(shè)計(jì)應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)中可以提高機(jī)械性能，滿足農(nóng)民的需求。

（四）促進(jìn)農(nóng)業(yè)與經(jīng)濟(jì)水平提高，滿足人們需求

利用仿生設(shè)計(jì)改進(jìn)原有的農(nóng)用機(jī)械，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作效率，提高了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。同時(shí)，我國是典型的農(nóng)業(yè)大國與人口大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在國民經(jīng)濟(jì)中占有很大的比重，人們對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求也是非常大的。提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，可以促使我國整體經(jīng)濟(jì)水平的提高。同時(shí)也能更好地滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求[1]。

二、應(yīng)用現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)機(jī)械在設(shè)計(jì)過程中已將仿生技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其具體表現(xiàn)可從材料結(jié)構(gòu)、外型、功能、界面幾方面來展示。

（一）材料與結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)

對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械材料方面的仿生設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在犁地工具上。傳統(tǒng)的犁地工具在作業(yè)過程中容易粘帶土壤，種植者在犁地時(shí)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行犁具表面的清理工作，這樣一來大大降低了犁地速度。機(jī)械設(shè)計(jì)人員通過對(duì)蚯蚓、蝸牛等土壤類動(dòng)物脫土原理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在其表面是非光滑表面，在很大程度上降低了土壤的摩擦力與阻力。設(shè)計(jì)人員利用仿生技術(shù)，改變了普通犁具材料光滑的表面結(jié)構(gòu)。通過這項(xiàng)仿生設(shè)計(jì)，減小了土壤對(duì)犁具的阻力，降低了犁具粘帶土壤的程度，提高了犁地效率。

（二）外形的仿生設(shè)計(jì)

一方面，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械外觀進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)的主要意義在于吸引消費(fèi)者，增強(qiáng)機(jī)械使用者對(duì)機(jī)械的喜愛程度。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的外形都是呆板的，使用者只是通過其進(jìn)行機(jī)械的耕種作業(yè)，沒有明顯的主觀上的體驗(yàn)感受。對(duì)機(jī)械外表進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，首先，會(huì)給使用者良好的視覺感受。其次，通過特定的顏色及其他設(shè)計(jì)，可以在一定程度上降低機(jī)械操作的危險(xiǎn)，提高作業(yè)安全性。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械沒有重視外觀的設(shè)計(jì)，使用者在操作過程中不會(huì)注意到一些隱藏的危險(xiǎn)。許多生物會(huì)通過鮮艷的顏色或其他特征表現(xiàn)自己的危險(xiǎn)性。如，大多數(shù)毒蛇的顏色都很鮮艷，響尾蛇會(huì)通過聲音警示接近的生物。在設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)，可以模仿生物的這種特性對(duì)危險(xiǎn)的操作區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，或通過聲音對(duì)不正確的操作進(jìn)行警示。

（三）功能的仿生設(shè)計(jì)

功能仿生是研究人員通過對(duì)生物某項(xiàng)特殊功能進(jìn)行研究，通過一定的技術(shù)模擬這種功能，將其應(yīng)用到機(jī)械的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，使其具備同樣的能力。如，根據(jù)蝙蝠利用聲波捕捉食物的特性發(fā)明雷達(dá)；利用鳥眼的特性發(fā)明電子鷹眼技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在攝影方面。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上這種仿生技術(shù)也被合理地利用。如，通過對(duì)食蟲類植物生活習(xí)性的研究與仿用，發(fā)明了新型捕集蟲害機(jī)械，在農(nóng)業(yè)蟲害防治方面起到突出作用。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)在功能方面進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)還處于初級(jí)階段，研究人員應(yīng)積極利用仿生技術(shù)在功能方面提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能。

（四）界面的仿生設(shè)計(jì)

界面仿生是指設(shè)計(jì)者從自然界整體的生存、共生的原理進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，如綠色、可持續(xù)仿生技術(shù)。研究人員根據(jù)鮑魚殼因其特有的層狀結(jié)構(gòu)而富有韌性的特點(diǎn)制作出高強(qiáng)度仿生納米復(fù)合材料。目前，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方面，基于界面仿生技術(shù)的應(yīng)用還比較少。設(shè)計(jì)人員通過研究螞蟻、蜜蜂等群居昆蟲的有效覓食活動(dòng)對(duì)整個(gè)群體生活做出最大貢獻(xiàn)的技能，仿制出降低能耗的技術(shù)。該技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)，可以降低機(jī)械工作時(shí)對(duì)能源的消耗，從而做到節(jié)能減排，綠色環(huán)保，符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求?？傮w而言，界面仿生是對(duì)上述三種仿生技術(shù)的提升，符合我國可持續(xù)發(fā)展的道路。同時(shí)提升機(jī)械性能，提高耕作效率[2]。

綜上所述，將仿生設(shè)計(jì)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有助于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率，改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，加快我國農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)水平的提高。現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)仿生技術(shù)的應(yīng)用還處于起步水平。在未來發(fā)展中，研究設(shè)計(jì)人員應(yīng)加大對(duì)仿生設(shè)計(jì)的研發(fā)與應(yīng)用力度，為農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱書啟.仿生學(xué)原理在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)機(jī)，2013（5）：87.

[2]沈文龍，薛金林，張永.農(nóng)業(yè)車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（8）：134.