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用**低的能耗换取**高的效率收藏
用**低的能耗换取**高的效率
——访中国科学院院士、吉林大学教授任露泉
发布日期:2008年4月18日
来源:中国农机化导报
作者:刘卓 张桃英
采访任露泉真是不容易。
2007年底成功当选中国科学院院士的他，受到众多媒体关注。可是任露泉谦虚低调的作风，丝毫没有改变。本报记者多次提出采访要求，都被他婉言谢绝：“我只是做了一点份内之事。”
3月18日，任露泉作为“十一五”国家科技支撑计划重大项目“多功能农业装备与设施研制”的专家组成员来京参加项目执行大会，再度被记者堵在了会场。
“好吧，我接受你们的采访。但是关于我个人，实在没什么好说的，还是和你们唠唠我所从事的研究工作吧。”就这样，任露泉在我们对面坐下。波澜不惊的谈话中，一个执著进取的学者形象渐渐饱满了起来。
第 一 个 偶 然
今年64岁的任露泉，发现了仿生科学领域的生物脱附减阻特征规律，提出了生物形态、柔性、电渗、构形和组成等多因素综合脱附减阻理论和生物非光滑理论，开拓了农业机械、地面机械仿生设计方向，在业内享有崇高声誉。可是当初，任露泉之所以会走上工程仿生之路，却是由两个偶然事件引发的。
1981年，任露泉在吉林工业大学
拖拉机专业获得硕士学位后，被留在该校农机系拖拉机专业从事教学工作。次年，他到洛阳进行拖拉机负荷车设计调研，偶然看到这样一个画面：挖掘机铲斗中的土怎么也抖落不掉，人们不得不停下紧张的工作，一铲铲地清除。
这极其平常的一幕，落在任露泉眼里、心上，却激起了层层涟漪：“我出生在江苏农村，从小就和泥土打交道。此情此景，让我感到了一种责任，也迸发了一股要解决这个问题的冲动。”
从洛阳回来，任露泉就把自己想研究土壤粘附的打算告诉了导师陈秉聪教授。陈秉聪语重心长地对他说：“这项研究非常有价值，但肯定也是非常困难的，也许几年出不了成果，如果有决心，可以试试！”他听得出，导师是支持他的，同时也指出了研究的难度，使他冷静而缜密地思考这个问题，他不再犹豫了，毅然选择了研究土壤粘附这一课题。
第 二 个 偶 然
从此，任露泉开始了广泛而深入的调研，并在世界范围内搜集相关资料。通过开展这些前期准备工作，任露泉意识到，他所选择的土壤黏附课题是一项世界性的技术难题。无论是国内还是国外，都找不到现成的经验和技术模式；资料相当有限，甚至连基本的研究测量仪器都没有。为此，任露泉和老师同学们一道，历时近三年研制出了测量仪器。
可问题的关键是：采用什么技术和方法解决土壤粘附问题？这成为一个巨大的问号，时时刻刻在任露泉脑海里闪烁。正所谓天道酬勤，就在他整日琢磨、百思不得其解之际，第二个偶然事件发生了。
1983年，任露泉家住在工大新村，孩子每天上下学总要路过一片田鼠乱窜的稻田。放学了，孩子就一头扎进田里捉田鼠，可往往是田鼠没捉到，还把自己弄得像只小泥猴儿。听了孩子的“控诉”，任露泉心里一动，亲自前往稻田观察。一只被几个孩子追赶得正欢的田鼠在泥泞的土里快速穿梭，突然窜到任露泉面前。任露泉惊讶地发现，那只田鼠全身的皮毛竟是干干净净，丝毫没有粘上泥土。他眼前一亮，茅塞顿开：何不把田鼠的本领移到地面机械上来？
霎那间的灵感立刻传遍整个神经，任露泉随即联想到蚯蚓、蜣螂、蚯蚓、穿山甲等生物都具有类似本领，他激动不已，一个用动物的不粘本领解决机械粘土问题的想法在脑海里渐渐明晰。就这样，“地面机械仿生脱附减阻”的研究方向确立了。
虽然研究方向确定了，但怎么搞，从实验设备到实验材料都没有，不仅国内没有，国外也没有，一切都从零开始。他到东北师范大学生物系，动物、地理系旁听有关课程，学习抓动物，到吉林大学（当时吉林大学和吉林工业大学还没有合并）分子生物系学习动物测量，到北京大学生物系找专家请教，一步一步做；他白天与蜣螂、蚯蚓、蝼蛄、蝎子、田鼠、泥鳅等动物打交道，反复进行室内外的试验、观察和分析，晚上便处理数据和钻研必要的新知识；他四处搜集资料，任何一个相关信息都不肯放过，听人说某部队一军官曾做过蜣螂不粘的研究，他就立即前去拜访……。如此棘手的技术难题，需要以新的思维理念，通过交叉学科进行研究，这对于当时缺乏一切人力、物力、财力的任露泉来说，可谓举步维艰。
六 年 寂 寞
“1984年到1989年，我们没有发表过一篇仿生学方面的文章。”看到我们惊讶的表情，任露泉接着说：“这六年时间，我们做了大量基础实验，并开展了计算机模拟、分析数据和建立模型。”经过六年的积累，1990年一年整个科研团队就发表论文20多篇，任露泉自己就独立撰写了17篇。
任露泉带领由10多个专业的研究人员组成的科研团队，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。由任露泉娓娓道来，这些科学发现显得既生动，又有趣。
例如，研究发现，具有非光滑身体表面的土壤动物，如蜣螂、穿山甲等，具有脱附功能，其机理为：此类动物在黏性的土壤或物料中运动的时候，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，微振还能破坏接触面间连续的水膜，形成动态的局部的空气膜，从而减小了土壤与动物体表间的粘附和摩擦，达到不粘的效果。
而身体由多层次的柔性部分构成的动物，如田鼠等，同样具有脱附功能。其机理为：此类动物运动时，自身不同柔性段之间存在非线性的大变形与复原，这种相对柔动可以脱掉土壤。柔性变形还能吸收能量，降低系统粘附力与摩擦热，各柔层段还可以储流、通流，减弱接触面间的粘附强度，从而达到不粘的效果。
一些运动着的动物如蚯蚓等身体表面受土壤的作用产生变形，引发出相对于未运动体表部位的负电位，当体表多个部位受到刺激，就产生多处与正电位距离很短的负电位区，产生低压高效电渗现象，使土壤粘附力和摩擦力减小，达到不粘的效果。
除此之外，还发现了一些动物具有的特殊的几何形体，爪趾构形、体表结构及分泌物具有脱附功能，并揭示了各自的机理。
在经过整整六年的埋头苦干之后，任露泉提出了“生物体表形态、构形、结构、生物电、生物润滑及生物柔性等多因素综合脱附减阻理论”，这是国际上首次提出的重要的原创性成果，在国内外同行中引起了强烈的反响和高度的评价。英国皇家学会会刊《Excellence in Science》载文将任露泉称之为 “ 中国仿生学研究开拓者之一”。
对于这一理论，任露泉概括说：“土壤动物运动的基本原理就是用**小的能量消耗，实现**佳的自然适应。这一理论就是要用**低的能耗，换取**高的作业效率。”
厚 积 薄 发
传统的理念认为，物体本身越光滑，它的阻力和粘附力就越小，可实际情况并非如此。比如耕地用的铧犁，使用久了就会粘附很多泥土；盛饭用的饭勺，盛几次饭就会粘满饭粒；拉煤用的矿车，时间长了会粘附厚厚的煤粉。这就是土壤、煤粉等黏湿物料在加工、运输过程中普遍存在着对机械部件的粘附和阻力现象。背上沉重包袱的机械，工作效率、作业质量和使用性能大大降低，增大了动力消耗。
针对这一现象，美国科学家从研究海豚、鲨鱼等海洋大型动物入手、德国从研究荷叶等植物入手，开展了减阻、自洁的探索性研究。而任露泉团队则经过对土壤动物的系统研究，发现了生物脱附减阻现象，揭示了其脱附减阻机理。现在听起来，似乎并不深奥，可是当年，光是研究团队通过电子显微镜拍摄蜣螂（俗名屎壳郎）用的胶卷，就装满了整整一旅行箱。
如今，任露泉团队发明的仿生脱附减阻技术已经应用于全国6个省、自治区农业耕种、土方施工、煤炭生产和热电厂粉煤运输等机械中，开发出了多种仿生产品，已向多家单位转让仿生技术并得以应用开发。其中仿生犁壁和仿生镇压辊，2005年被列入国家科技成果重点推广计划。仿生犁壁脱附率90%以上，减阻8%～12%，节油7.2%；仿生柔性衬脱附率95%以上；仿生镇压辊脱附率达88%，减阻率达7.2%；仿生电渗脱附率90%，提高技术生产率30%，电渗电压仅12V；仿生减阻深松铲，比日本进口深松铲减小阻力6%～8%，取得了巨大的经济效益和社会效益。
任露泉的研究工作并未就此画上句号，他正带领他的团队，将仿生技术向更广的领域和更高的层面拓展：“原来我们的研究在地面机械领域，现在拓展到轻工、冶金、军工、医学等领域；原来是研究土壤介质，现在包括水、石油、岩石等更多介质；原来是在常温下研究，现在向低温和高温环境拓展；原来我们只是研究脱附减阻，现在拓展到自洁、耐磨、抗疲劳、降噪、隐形等更多方向”。
2005年在深圳高交会上，他们应用仿生脱附技术研制的不粘锅受到了参会人员和时任国务院副总理曾培炎的高度评价，并在高教展位1000多个参展项目中被评为优秀新产品奖（仅有4项获奖），现场与广东美的电器公司签定了该产品的开发协议。
为了更好地交流和传播工程仿生的创新性研究成果，任露泉还创办了国际性学术刊物《Journal of Bionic Engineering》（《仿生工程学报》），编委会由中国、英国、美国、德国、日本、加拿大、比利时等14个国家的知名仿生学者组成。身为主编的任露泉组织对稿件实行严格的评审制度，保证稿件的学术质量与水平。创刊不到3年，就被EI Compendex收录。
还有许许多多他计划做或正在做的工作。他说：“要做的工作比已经完成的工作要多得多，但我已与工程仿生结下了不解之缘，只要对工程仿生的发展有益处，我会尽我**大的努力做好我所能做的任何工作”。
任露泉简历：
仿生科学与工程学家。吉林大学教授。1944年1月生于江苏铜山，籍贯江苏铜山。1967年毕业于吉林大学，1981年在吉林工业大学获工学硕士学位。现任吉林大学学术委员会副主任。
长期从事仿生科学与工程研究。在仿生科学方面，发现生物脱附减阻特征规律，提出生物形态、柔性、电渗、构形和组成等多因素综合脱附减阻理论和生物非光滑理论，开拓农业机械、地面机械仿生设计方向。在仿生工程方面，建立农业机械、地面机械仿生设计准则，发明多项不同于传统理念的脱附减阻仿生技术，并拓展到非土壤介质多个工程领域，进行自洁、耐磨、抗疲劳和降噪等耦合仿生研究，研制减粘犁壁、防粘镇压辊、减摩活塞、耐磨轧辊和钻头等多种仿生产品。
发表于 @ 2008年07月02日 10:52:00 |点击数（）
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