仿生設計在農業機械設計中的應用分析

王巍 李玉柱

[摘 要] 作為農業大國，提高農業生產機械的制造水平對提高我國農業水平具有重要意義。仿生技術在農業機械設計上的應用，極大地促進了我國機械設計水平的提高，同時提高了農業生產水平。就仿生設計技術在農業機械設計中的應用進行簡要分析。

[關 鍵 詞] 農業；機械；仿生技術

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

隨著科技水平的提高與人們對生物學領域的深入研究，仿生技術應運而生。科研人員將仿生技術應用于農業機械設計中，提高農業機械的工作效率與水平，對農業的發展帶來許多好處，其應用形式十分豐富，具有極大的發展前景。

一、仿生設計應用于農業機械設計的意義

（一）提升農業機械的整體性能

仿生設計在農機設計領域的應用是較為全面的，包括農業機械的材料、外形、結構、功能、界面等方面。通過仿生設計使農業機械在這些方面的性能都有了顯著提高，從而提升了農業機械的整體性能，使農民在生產過程中的工作更加輕松、便捷。

（二）提高農業工作效率

通過提升機械性能，仿生設計更是提高了農業機械的工作效率。利用模仿相關生物的特點改進原有機械，使其在工作時更加高效、快捷，提高其工作效率的同時，農業生產活動的整體工作效率也被提高。

（三）滿足農民的需求

在物質條件允許的情況下，農民希望在農業生產勞作中的機械可以為其提供更大的便利。如在犁地方面，從最為傳統的人工勞作開始逐漸演變為借用牲畜犁地、機械犁地。同時，機械犁地也在不斷進化著，從單壟作業到雙壟作業，到如今已經發展成多壟作業。農民對機械性能的要求越來越高。將仿生設計應用于機械生產中可以提高機械性能，滿足農民的需求。

（四）促進農業與經濟水平提高，滿足人們需求

利用仿生設計改進原有的農用機械，大大提高了農業生產工作效率，提高了農業經濟的發展水平。同時，我國是典型的農業大國與人口大國，農業經濟在國民經濟中占有很大的比重，人們對農業產品的需求也是非常大的。提高農業生產水平，可以促使我國整體經濟水平的提高。同時也能更好地滿足人們日益增長的物質需求[1]。

二、應用現狀

農業機械在設計過程中已將仿生技術應用到各個領域，其具體表現可從材料結構、外型、功能、界面幾方面來展示。

（一）材料與結構的仿生設計

對農業機械材料方面的仿生設計，主要體現在犁地工具上。傳統的犁地工具在作業過程中容易粘帶土壤，種植者在犁地時會經常進行犁具表面的清理工作，這樣一來大大降低了犁地速度。機械設計人員通過對蚯蚓、蝸牛等土壤類動物脫土原理進行研究，發現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。設計人員利用仿生技術，改變了普通犁具材料光滑的表面結構。通過這項仿生設計，減小了土壤對犁具的阻力，降低了犁具粘帶土壤的程度，提高了犁地效率。

（二）外形的仿生設計

一方面，對農業機械外觀進行仿生設計的主要意義在于吸引消費者，增強機械使用者對機械的喜愛程度。傳統農業機械的外形都是呆板的，使用者只是通過其進行機械的耕種作業，沒有明顯的主觀上的體驗感受。對機械外表進行仿生設計，首先，會給使用者良好的視覺感受。其次，通過特定的顏色及其他設計，可以在一定程度上降低機械操作的危險，提高作業安全性。傳統的農業機械沒有重視外觀的設計，使用者在操作過程中不會注意到一些隱藏的危險。許多生物會通過鮮艷的顏色或其他特征表現自己的危險性。如，大多數毒蛇的顏色都很鮮艷，響尾蛇會通過聲音警示接近的生物。在設計農業機械時，可以模仿生物的這種特性對危險的操作區域進行標注，或通過聲音對不正確的操作進行警示。

（三）功能的仿生設計

功能仿生是研究人員通過對生物某項特殊功能進行研究，通過一定的技術模擬這種功能，將其應用到機械的生產設計中，使其具備同樣的能力。如，根據蝙蝠利用聲波捕捉食物的特性發明雷達；利用鳥眼的特性發明電子鷹眼技術，被廣泛應用在攝影方面。在農業機械設計上這種仿生技術也被合理地利用。如，通過對食蟲類植物生活習性的研究與仿用，發明了新型捕集蟲害機械，在農業蟲害防治方面起到突出作用。農業機械設計在功能方面進行仿生設計還處于初級階段，研究人員應積極利用仿生技術在功能方面提升農業機械的性能。

（四）界面的仿生設計

界面仿生是指設計者從自然界整體的生存、共生的原理進行仿生設計，如綠色、可持續仿生技術。研究人員根據鮑魚殼因其特有的層狀結構而富有韌性的特點制作出高強度仿生納米復合材料。目前，在農業機械設計方面，基于界面仿生技術的應用還比較少。設計人員通過研究螞蟻、蜜蜂等群居昆蟲的有效覓食活動對整個群體生活做出最大貢獻的技能，仿制出降低能耗的技術。該技術用于農業機械設計生產，可以降低機械工作時對能源的消耗，從而做到節能減排，綠色環保，符合當前可持續發展的要求。總體而言，界面仿生是對上述三種仿生技術的提升，符合我國可持續發展的道路。同時提升機械性能，提高耕作效率[2]。

綜上所述，將仿生設計應用于農業機械設計中，有助于提高農業機械生產效率，改進農業生產方式，加快我國農業發展，促進經濟水平的提高。現階段農業機械設計對仿生技術的應用還處于起步水平。在未來發展中，研究設計人員應加大對仿生設計的研發與應用力度，為農業的進一步發展作出貢獻。

參考文獻：

[1]朱書啟.仿生學原理在機械設計中的應用[J].河北農機，2013（5）：87.

[2]沈文龍，薛金林，張永.農業車輛電控液壓轉向系統的設計[J].湖南農業大學學報，2014（8）：134.