1 前言

科技是一把双刃剑。一方面，科技的发展把我们带入了现代文明，但另一方面也浪费了大量不可再生资源，破坏了生态平衡。因此，“绿色工程”越来越受到人们的关注，当我们找到生物学、松软地面力学以及机械工程学之间最佳的契合点之后，就产生了松软地面机械仿生学。

2 施工面对的难题

2.1土壤和地面机械的粘附性

粘附性产生的情况有两种。一种是土壤和固体表面之间所形成的粘附力；第二种是在土壤粘附力作用下导致的土壤在机械触及土壤的部件上产生粘附的现象。土壤粘附对施工的进行造成了巨大的阻碍。它会降低地面机械的作业效率，造成高能耗，情况严重时会使机械停止作业。在农业工程领域，各种大中型机械化农业装备使用量逐年增加，这从侧面要求有效的脱附减阻技术出现，以提高生产效率，避免产生经济损失。

2.2地面机械通过性差

地面机械在行走时产生的牵引力依靠于行走机构和土壤之间的摩擦力。但是松软土壤的承压能力较弱，并且抗剪切强度也较低，这会造成机械的下陷、打滑，严重时会出现无法行驶的状况。我国在二十世纪中叶开始研究拖拉机下水田，通过不懈的努力，研制出了机耕船等工具，为解决水田作业机械问题作出了巨大贡献。国外学者通过改变轮胎尺寸、履带的宽度等，使地面机械的通过性问题得到了较大的发展。

2.3沙漠面积的利用

我国西北部沙漠广布，运输主要依靠于沙漠车辆。近年来，沙漠气田的发现掀起了对沙漠车辆研究的热潮。以塔克拉玛干沙漠为例，这里的沙粒颗粒较小并且均匀，但因这一区域风力较大，沙粒极易受到磨损，最后呈现出的是类似球形的地貌。沙粒堆积决定了松软地面的物理形状以及结构，因为可压性低，对地面机械压力的承受能力也比较弱。基于这一限制，目前沙漠中资源的利用率仍然很低。

3 生物脱附原理以及脱附防减阻仿生学

3.1生物非光滑及仿生非光滑脱附减阻

非光滑效应存在于系统中各种影响切向阻力的因素中，目前已有研究证明了生物非光滑表面的存在，并且，同一土壤生物体表各部位的非光滑状态是不同的。在力学上，这种非光滑结构单位的表现为刚性、弹性或者是柔性，以此为依据设计出来的仿生非光滑推土板、仿生犁壁都具备一定的脱附减阻性。

3.2生物体表润湿性及仿生脱附减阻材料

土壤动物的体表与水分子的引力可忽略不计，这是它们防粘性强的原因。动物体表的表面张力低，水分子不易被吸附。人类从中获得启发，将生物梯度结构概念引入耐磨材料的设计中，取得了一定的脱附减阻成果。

3.3生物电、生物润滑、生物柔性及其仿生

土壤动物的体表一般都比较柔软，柔软性取决于其非光滑的结构单元。因为具备柔性非光滑的双重作用，土壤动物脱附减阻的功能十分强大。借鉴这一原理，将具有非光滑特性的仿生装置制作成一些会经常接触到土壤的部件，可使其具备良好的脱附性能。

4 仿生步行轮及仿生步行轮式气垫车

4.1仿生步行轮

通过观察，我们发现动物在松软地面能够快速、安全通过。以此为灵感提出了仿生步行轮设计理念。同样，这一地面机械理论为其他的研究者提供了新思路，越来越多的仿生步行轮被制造出来，包括半步行轮、机械传动式步行轮等等。它们的出现，大致上确定了之后的研究方案的方向。可以通过确定一些基本参数例如必行轮的腿数、腿长、以及连杆的长度、偏心距的比值还有轮毂的转角度数等等，确定设计的原则和方法。

4.2仿生步行轮式气垫车

仿生步行轮式气垫车是一种适合行驶于松软地面的运输车辆。这种气垫车主要由车体、驱动系统和液压系统组成，主要参数包括车辆质量、最大垫升力等，通过车底、围裙、地面三者产生的压力托起整个车辆，从而实现车辆的驱动以及转向功能。

5 结束语

许多领域都会与生物科学产生交叉，要加强对仿生技术的研究，进行创新，保持并发展好这一优势技术项目。在我国社会主义初级阶段的国情之下，绿色仿生研究技术是一大热点，它符合节约资源、保护环境的基本国策，符合科学发展观的要求，也符合广大人民维持生态平衡的愿望