仿生理念在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用

1、仿生理念在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用【摘 要】生物在自身進化及自然選擇的長期作用下，形成了獨 特的生命結(jié)構(gòu)和功能，這為人類解決工程技術(shù)問題提供了大量的設(shè) 計原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計方法，是人類技術(shù)創(chuàng)新取之不盡的靈感 源泉。本文通過引入一些仿生學(xué)的理念，嘗試解決農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中 存在的問題，并為新型農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計提供新思路和途徑。通過探 討仿生學(xué)宏觀仿生與微觀仿生方面的應(yīng)用，建立農(nóng)業(yè)機械的“活體” 概念。從無意識的引用到有意識運用仿生理念，將會推動農(nóng)業(yè)機械 設(shè)計邁入新的階段，并能幫助人類建造更多安全、可持續(xù)、節(jié)能并 與自然和諧的農(nóng)業(yè)機械?！娟P(guān)健詞】仿生學(xué)；仿生設(shè)計；創(chuàng)新設(shè)計；設(shè)計優(yōu)化1. 前言生物在自身進

2、化及自然選擇的長期作用下，通過億萬年的洗禮， 形成了獨特的生命結(jié)構(gòu)和功能，這為人類解決工程技術(shù)問題提供了 大量的設(shè)計原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計方法，是人類技術(shù)創(chuàng)新取之不 盡的靈感源泉。仿生學(xué)是將通過觀察、分析、研究掌握的自然界生 物所具有的各種特殊本領(lǐng)，并模擬、移植到各工程技術(shù)領(lǐng)域中去， 為促進人類社會進步發(fā)展所用。仿生學(xué)的理念幫助工程師們打破思 維的局限，為工程設(shè)計提供新的概念、思路和方法。2. 農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的仿生理念農(nóng)業(yè)機械的發(fā)明和發(fā)展與大自然有著密不可分的聯(lián)系，人類自 覺不自覺地利用了仿生學(xué)的理念。眾多農(nóng)業(yè)機械的造型比如開溝器、鏵式犁、撥苗機械手等都可以在自然界找到原型。在農(nóng)業(yè)機械 結(jié)構(gòu)中

3、可認為農(nóng)業(yè)機械由整體和細部構(gòu)造組成?；诜律鷮W(xué)宏觀和 微觀的分類，仿生理念在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中也分為宏觀設(shè)計和微觀設(shè) 計，并可體現(xiàn)在整體和局部設(shè)計兩方面。宏觀和微觀兩者的統(tǒng)一， 即綜合仿生設(shè)計，見圖 11。宏觀仿生設(shè)計主要是形態(tài)結(jié)構(gòu)的仿生。無論整體造型還是局部 構(gòu)造的選擇，自然界的優(yōu)化結(jié)構(gòu)都可為設(shè)計者們提供更多新的思 路。微觀仿生設(shè)計方面主要是功能機理的仿生。生物界中自適應(yīng)自 調(diào)控的功能正是農(nóng)業(yè)機械自動控制的天然藍本。無論宏觀或微觀仿 生，還是綜合仿生的實現(xiàn)，都是農(nóng)業(yè)機械從非生命體向類生命體的 重要轉(zhuǎn)變。最終，這些仿生理念的應(yīng)用將會使農(nóng)業(yè)機械更具備生命 特征。2.1 宏觀仿生與農(nóng)業(yè)機械設(shè)計自然界中

4、動植物的種群數(shù)目繁多、形態(tài)各異，通過億萬年的洗 禮，不但結(jié)構(gòu)形式愈加趨于合理，適應(yīng)周圍環(huán)境，而且在外形意象 表達上也趨于美觀。這為人類解決工程技術(shù)問題提供了大量的設(shè)計 原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計方法。2.1.1 抽象形態(tài)仿生與農(nóng)業(yè)機械造型設(shè)計抽象形態(tài)是從自然物原形出發(fā)，通過概括、抽象，從整體上反 映事物獨特的本質(zhì)特征。形式的簡化性和特征的概括性，正好吻合 現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對外觀形態(tài)的簡潔性，幾何性以及產(chǎn)品的語意性的要 求，因此，它大量的應(yīng)用于現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計。現(xiàn)代汽車造型設(shè)計中經(jīng)常用抽象到形態(tài)仿生， 奔馳的 seccoupe、雷諾的 twingo 以及渾圓的馬自達 121 看上去都具備某種動物的神 態(tài)，道

5、奇的 viper “亦如一條準備給你致命一擊的毒蛇”，而平尼法 尼亞設(shè)計的法拉利 275gtb 貌似鰲魚2。福特 chia focus 的前進 氣口像大猩猩的鼻子。例如美的電飯 yh164 小豬電飯堡，以形態(tài)仿 生為亮點，模仿成抽象的小豬摸樣。這款外觀設(shè)計別具一格，充滿 情趣。抽象仿生形態(tài)作用于人時，產(chǎn)生的“心理”形態(tài)需要生活經(jīng)驗 的積累，經(jīng)過聯(lián)想和想象才能浮現(xiàn)在腦海中。因此，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計 師要有豐富的生活經(jīng)驗，充分地釋放想象力，為人類創(chuàng)造更加精美 的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品。2.1.2 結(jié)構(gòu)仿生與農(nóng)業(yè)機械創(chuàng)新設(shè)計隨著仿生學(xué)的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物， 而且從生物奇特的結(jié)構(gòu)中也得到不少啟發(fā)。結(jié)構(gòu)仿生是通過研究生 物整體或部分的構(gòu)造組織方式發(fā)現(xiàn)其中與產(chǎn)品的潛在相似性進而 對其模仿，以創(chuàng)造新的形象或解決新的問題。產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的結(jié)構(gòu) 仿生，往往從模擬生物外形開始，模擬生物外形所具有的功能如模 仿魚外形設(shè)計潛艇，模仿鳥類進行飛行器設(shè)計。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的邵耀堅4，利用仿生學(xué)原理設(shè)計 了水稻