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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

——訪中國科學院院士、吉林大學教授任露泉

發(fā)布日期:2008年4月18日 來源:中國農機化導報 作者:劉卓張?zhí)矣?

采訪任露泉真是不容易。

2007年底成功當選中國科學院院士的他，受到眾多媒體關注?？墒侨温度t虛低調的作風，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之事。”

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)了仿生科學領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，開拓了農業(yè)機械、地面機械仿生設計方向，在業(yè)內享有崇高聲譽。可是當初，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)大學拖拉機專業(yè)獲得碩士學位后，被留在該校農機系拖拉機專業(yè)從事教學工作。次年，他到洛陽進行拖拉機負荷車設計調研，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研，并在世界范圍內搜集相關資料。通過開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難題。無論是國內還是國外，都找不到現(xiàn)成的經驗和技術模式；資料相當有限，甚至連基本的研究測量儀器都沒有。為此，任露泉和老師同學們一道，歷時近三年研制出了測量儀器。

可問題的關鍵是：采用什么技術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，孩子每天上下學總要路過一片田鼠亂竄的稻田。放學了，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：何不把田鼠的本領移到地面機械上來？

霎那間的靈感立刻傳遍整個神經，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，他激動不已，一個用動物的不粘本領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，從實驗設備到實驗材料都沒有，不僅國內沒有，國外也沒有，一切都從零開始。他到東北師范大學生物系，動物、地理系旁聽有關課程，學習抓動物，到吉林大學（當時吉林大學和吉林工業(yè)大學還沒有合并）分子生物系學習動物測量，到北京大學生物系找專家請教，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，反復進行室內外的試驗、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……。如此棘手的技術難題，需要以新的思維理念，通過交叉學科進行研究，這對于當時缺乏一切人力、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)表過一篇仿生學方面的文章。”看到我們驚訝的表情，任露泉接著說：“這六年時間，我們做了大量基礎實驗，并開展了計算機模擬、分析數(shù)據(jù)和建立模型?！苯涍^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生輕微的振動，導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，達到不粘的效果。

而身體由多層次的柔性部分構成的動物，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生變形，引發(fā)出相對于未運動體表部位的負電位，當體表多個部位受到刺激，就產生多處與正電位距離很短的負電位區(qū)，產生低壓高效電滲現(xiàn)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(xiàn)了一些動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。英國皇家學會會刊《Excellence in Science》載文將任露泉稱之為 “ 中國仿生學研究開拓者之一”。

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。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?，F(xiàn)在聽起來，似乎并不深奧，可是當年，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已經應用于全國6個省、自治區(qū)農業(yè)耕種、土方施工、煤炭生產和熱電廠粉煤運輸?shù)葯C械中，開發(fā)出了多種仿生產品，已向多家單位轉讓仿生技術并得以應用開發(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88%，減阻率達7.2%；仿生電滲脫附率90%，提高技術生產率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，他正帶領他的團隊，將仿生技術向更廣的領域和更高的層面拓展：“原來我們的研究在地面機械領域，現(xiàn)在拓展到輕工、冶金、軍工、醫(yī)學等領域；原來是研究土壤介質，現(xiàn)在包括水、石油、巖石等更多介質；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，他們應用仿生脫附技術研制的不粘鍋受到了參會人員和時任國務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)辦了國際性學術刊物《Journal of Bionic Engineering》（《仿生工程學報》），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者組成。身為主編的任露泉組織對稿件實行嚴格的評審制度，保證稿件的學術質量與水平。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：

仿生科學與工程學家。吉林大學教授。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，1981年在吉林工業(yè)大學獲工學碩士學位?，F(xiàn)任吉林大學學術委員會副主任。

長期從事仿生科學與工程研究。在仿生科學方面，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(tǒng)理念的脫附減阻仿生技術，并拓展到非土壤介質多個工程領域，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品。

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