紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機
紅興隆農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機械化、北大荒雁窩島集團農(nóng)業(yè)機械化，向全國農(nóng)機行業(yè)的各位領(lǐng)導(dǎo)同仁致敬。
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用**低的能耗換取**高的效率
——訪中國科學(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 來源:中國農(nóng)機化導(dǎo)報 作者:劉卓 張?zhí)矣?
采訪任露泉真是不容易。
2007年底成功當(dāng)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(diào)的作風(fēng)，絲毫沒有改變。本報記者多次提出采訪要求，都被他婉言謝絕：“我只是做了一點份內(nèi)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(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施研制”的專家組成員來京參加項目執(zhí)行大會，再度被記者堵在了會場。
“好吧，我接受你們的采訪。但是關(guān)于我個人，實在沒什么好說的，還是和你們嘮嘮我所從事的研究工作吧。”就這樣，任露泉在我們對面坐下。波瀾不驚的談話中，一個執(zhí)著進取的學(xué)者形象漸漸飽滿了起來。
第 一 個 偶 然
今年64歲的任露泉，發(fā)現(xiàn)了仿生科學(xué)領(lǐng)域的生物脫附減阻特征規(guī)律，提出了生物形態(tài)、柔性、電滲、構(gòu)形和組成等多因素綜合脫附減阻理論和生物非光滑理論，開拓了農(nóng)業(yè)機械、地面機械仿生設(shè)計方向，在業(yè)內(nèi)享有崇高聲譽。可是當(dāng)初，任露泉之所以會走上工程仿生之路，卻是由兩個偶然事件引發(fā)的。
1981年，任露泉在吉林工業(yè)大學(xué)拖拉機專業(yè)獲得碩士學(xué)位后，被留在該校農(nóng)機系拖拉機專業(yè)從事教學(xué)工作。次年，他到洛陽進行拖拉機負(fù)荷車設(shè)計調(diào)研，偶然看到這樣一個畫面：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(nóng)村，從小就和泥土打交道。此情此景，讓我感到了一種責(zé)任，也迸發(fā)了一股要解決這個問題的沖動?！?/div>
從洛陽回來，任露泉就把自己想研究土壤粘附的打算告訴了導(dǎo)師陳秉聰教授。陳秉聰語重心長地對他說：“這項研究非常有價值，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！”他聽得出，導(dǎo)師是支持他的，同時也指出了研究的難度，使他冷靜而縝密地思考這個問題，他不再猶豫了，毅然選擇了研究土壤粘附這一課題。
第 二 個 偶 然
從此，任露泉開始了廣泛而深入的調(diào)研，并在世界范圍內(nèi)搜集相關(guān)資料。通過開展這些前期準(zhǔn)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。無論是國內(nèi)還是國外，都找不到現(xiàn)成的經(jīng)驗和技術(shù)模式；資料相當(dāng)有限，甚至連基本的研究測量儀器都沒有。為此，任露泉和老師同學(xué)們一道，歷時近三年研制出了測量儀器。
可問題的關(guān)鍵是：采用什么技術(shù)和方法解決土壤粘附問題？這成為一個巨大的問號，時時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)總要路過一片田鼠亂竄的稻田。放學(xué)了，孩子就一頭扎進田里捉田鼠，可往往是田鼠沒捉到，還把自己弄得像只小泥猴兒。聽了孩子的“控訴”，任露泉心里一動，親自前往稻田觀察。一只被幾個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(xiàn)，那只田鼠全身的皮毛竟是干干凈凈，絲毫沒有粘上泥土。他眼前一亮，茅塞頓開：何不把田鼠的本領(lǐng)移到地面機械上來？
霎那間的靈感立刻傳遍整個神經(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似本領(lǐng)，他激動不已，一個用動物的不粘本領(lǐng)解決機械粘土問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，從實驗設(shè)備到實驗材料都沒有，不僅國內(nèi)沒有，國外也沒有，一切都從零開始。他到東北師范大學(xué)生物系，動物、地理系旁聽有關(guān)課程，學(xué)習(xí)抓動物，到吉林大學(xué)（當(dāng)時吉林大學(xué)和吉林工業(yè)大學(xué)還沒有合并）分子生物系學(xué)習(xí)動物測量，到北京大學(xué)生物系找專家請教，一步一步做；他白天與蜣螂、蚯蚓、螻蛄、蝎子、田鼠、泥鰍等動物打交道，反復(fù)進行室內(nèi)外的試驗、觀察和分析，晚上便處理數(shù)據(jù)和鉆研必要的新知識；他四處搜集資料，任何一個相關(guān)信息都不肯放過，聽人說某部隊一軍官曾做過蜣螂不粘的研究，他就立即前去拜訪……。如此棘手的技術(shù)難題，需要以新的思維理念，通過交叉學(xué)科進行研究，這對于當(dāng)時缺乏一切人力、物力、財力的任露泉來說，可謂舉步維艱。
六 年 寂 寞
“1984年到1989年，我們沒有發(fā)表過一篇仿生學(xué)方面的文章?！笨吹轿覀凅@訝的表情，任露泉接著說：“這六年時間，我們做了大量基礎(chǔ)實驗，并開展了計算機模擬、分析數(shù)據(jù)和建立模型?！苯?jīng)過六年的積累，1990年一年整個科研團隊就發(fā)表論文20多篇，任露泉自己就獨立撰寫了17篇。
任露泉帶領(lǐng)由10多個專業(yè)的研究人員組成的科研團隊，踏踏實實地對6門10綱1萬多只土壤動物進行了系統(tǒng)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型動物遇黏不粘的機理。由任露泉娓娓道來，這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)顯得既生動，又有趣。
例如，研究發(fā)現(xiàn)，具有非光滑身體表面的土壤動物，如蜣螂、穿山甲等，具有脫附功能，其機理為：此類動物在黏性的土壤或物料中運動的時候，凹凸不平的身體表面會使與其接觸的土壤表面產(chǎn)生輕微的振動，導(dǎo)致兩者的接觸面積和作用時間減少，微振還能破壞接觸面間連續(xù)的水膜，形成動態(tài)的局部的空氣膜，從而減小了土壤與動物體表間的粘附和摩擦，達(dá)到不粘的效果。
而身體由多層次的柔性部分構(gòu)成的動物，如田鼠等，同樣具有脫附功能。其機理為：此類動物運動時，自身不同柔性段之間存在非線性的大變形與復(fù)原，這種相對柔動可以脫掉土壤。柔性變形還能吸收能量，降低系統(tǒng)粘附力與摩擦熱，各柔層段還可以儲流、通流，減弱接觸面間的粘附強度，從而達(dá)到不粘的效果。
一些運動著的動物如蚯蚓等身體表面受土壤的作用產(chǎn)生變形，引發(fā)出相對于未運動體表部位的負(fù)電位，當(dāng)體表多個部位受到刺激，就產(chǎn)生多處與正電位距離很短的負(fù)電位區(qū)，產(chǎn)生低壓高效電滲現(xiàn)象，使土壤粘附力和摩擦力減小，達(dá)到不粘的效果。
除此之外，還發(fā)現(xiàn)了一些動物具有的特殊的幾何形體，爪趾構(gòu)形、體表結(jié)構(gòu)及分泌物具有脫附功能，并揭示了各自的機理。
在經(jīng)過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(gòu)形、結(jié)構(gòu)、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(nèi)外同行中引起了強烈的反響和高度的評價。英國皇家學(xué)會會刊《Excellence in Science》載文將任露泉稱之為 “ 中國仿生學(xué)研究開拓者之一”。
對于這一理論，任露泉概括說：“土壤動物運動的基本原理就是用**小的能量消耗，實現(xiàn)**佳的自然適應(yīng)。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(tǒng)的理念認(rèn)為，物體本身越光滑，它的阻力和粘附力就越小，可實際情況并非如此。比如耕地用的鏵犁，使用久了就會粘附很多泥土；盛飯用的飯勺，盛幾次飯就會粘滿飯粒；拉煤用的礦車，時間長了會粘附厚厚的煤粉。這就是土壤、煤粉等黏濕物料在加工、運輸過程中普遍存在著對機械部件的粘附和阻力現(xiàn)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，增大了動力消耗。
針對這一現(xiàn)象，美國科學(xué)家從研究海豚、鯊魚等海洋大型動物入手、德國從研究荷葉等植物入手，開展了減阻、自潔的探索性研究。而任露泉團隊則經(jīng)過對土壤動物的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了生物脫附減阻現(xiàn)象，揭示了其脫附減阻機理。現(xiàn)在聽起來，似乎并不深奧，可是當(dāng)年，光是研究團隊通過電子顯微鏡拍攝蜣螂（俗名屎殼郎）用的膠卷，就裝滿了整整一旅行箱。
如今，任露泉團隊發(fā)明的仿生脫附減阻技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于全國6個省、自治區(qū)農(nóng)業(yè)耕種、土方施工、煤炭生產(chǎn)和熱電廠粉煤運輸?shù)葯C械中，開發(fā)出了多種仿生產(chǎn)品，已向多家單位轉(zhuǎn)讓仿生技術(shù)并得以應(yīng)用開發(fā)。其中仿生犁壁和仿生鎮(zhèn)壓輥，2005年被列入國家科技成果重點推廣計劃。仿生犁壁脫附率90%以上，減阻8%～12%，節(jié)油7.2%；仿生柔性襯脫附率95%以上；仿生鎮(zhèn)壓輥脫附率達(dá)88%，減阻率達(dá)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，比日本進口深松鏟減小阻力6%～8%，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
任露泉的研究工作并未就此畫上句號，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：“原來我們的研究在地面機械領(lǐng)域，現(xiàn)在拓展到輕工、冶金、軍工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域；原來是研究土壤介質(zhì)，現(xiàn)在包括水、石油、巖石等更多介質(zhì)；原來是在常溫下研究，現(xiàn)在向低溫和高溫環(huán)境拓展；原來我們只是研究脫附減阻，現(xiàn)在拓展到自潔、耐磨、抗疲勞、降噪、隱形等更多方向”。
2005年在深圳高交會上，他們應(yīng)用仿生脫附技術(shù)研制的不粘鍋受到了參會人員和時任國務(wù)院副總理曾培炎的高度評價，并在高教展位1000多個參展項目中被評為優(yōu)秀新產(chǎn)品獎（僅有4項獲獎），現(xiàn)場與廣東美的電器公司簽定了該產(chǎn)品的開發(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》），編委會由中國、英國、美國、德國、日本、加拿大、比利時等14個國家的知名仿生學(xué)者組成。身為主編的任露泉組織對稿件實行嚴(yán)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：“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(jié)下了不解之緣，只要對工程仿生的發(fā)展有益處，我會盡我**大的努力做好我所能做的任何工作”。
任露泉簡歷：
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(xiàn)任吉林大學(xué)學(xué)術(shù)委員會副主任。
長期從事仿生科學(xué)與工程研究。在仿生科學(xué)方面，發(fā)現(xiàn)生物脫附減阻特征規(guī)律，提出生物形態(tài)、柔性、電滲、構(gòu)形和組成等多因素綜合脫附減阻理論和生物非光滑理論，開拓農(nóng)業(yè)機械、地面機械仿生設(shè)計方向。在仿生工程方面，建立農(nóng)業(yè)機械、地面機械仿生設(shè)計準(zhǔn)則，發(fā)明多項不同于傳統(tǒng)理念的脫附減阻仿生技術(shù)，并拓展到非土壤介質(zhì)多個工程領(lǐng)域，進行自潔、耐磨、抗疲勞和降噪等耦合仿生研究，研制減粘犁壁、防粘鎮(zhèn)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 |點擊數(shù)（）
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