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作者:鲍珣 毛润杰 石明山 来源:科学时报 发布时间:2008-2-20 2:27:6
执著的追求 记任露泉院士和他的工程仿生研究
 
春节临近,新当选的中国科学院院士、吉林大学教授任露泉比往年更忙了。但忙的主题并没有变,就在春节前接受《科学时报》记者采访的时候,他还召集自己的助手们开会商量如何继续获得国家自然科学基金支持的事。
 
在接受《科学时报》记者采访时,他深情地说,“院士这个称号标志着国家、人民以及科技界对自己提出了更高的期望,我将尽自己最大的努力,踏踏实实做人,认认真真做事,维护这一称号的荣誉和尊严,回报祖国和人民。”
 
求索,发现土壤动物的脱附减阻规律
 
任露泉1962年考取吉林工业大学,选择了与黑土地息息相关的拖拉机专业。后获硕士学位,并留校工作。
 
任露泉是一位善于求索的有心人。1982年,他到洛阳进行拖拉机负荷车设计调研时看到这样一个细节: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。他看在眼里,急在心上:“自己学的知识,不就是要解决工农业生产的难题吗?”从洛阳回来后,他就把自己想研究土壤黏附的打算告诉了导师陈秉聪教授。陈秉聪坦率地对他说:“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!”听了导师的话,他经过冷静而缜密的思考,毅然决然地选择了研究土壤黏附这一课题。
 
经过对国内20多个省、自治区的地面机械实际作业情况进行的调研,又大量查阅国外相关文献与资料,他不仅懂得了搞土壤黏附研究的重要性和紧迫性,也知道了自己选择的是一项世界性的技术难题。
 
此后,采用什么技术和方法解决土壤黏附问题,成为他脑海中挥之不去的思考焦点。他一边冥思苦想,一边开始了脚踏实地的探索性工作。他在当时还很简陋的土槽实验室中,用自制的仪器设备作各种试验,测试土壤的黏性、研究土壤和机具间的相互作用关系……1983年的秋天,他偶然从稻田地里的田鼠身上受到启发。他看到,田鼠在泥泞的土里穿梭,一点都没有粘上泥土。田鼠为什么不粘土?何不把它的本领移到地面机械上来?一个用动物的不粘本领解决机械粘土问题的想法在他脑海里明晰起来,就这样,一个“地面机械仿生脱附减阻”的新研究思路确立了。
 
为了求索“地面机械仿生脱附减阻”研究的有效途径,任露泉带领课题组开始了紧张、艰苦的研究历程:作土壤动物试验研究;搜集资料,调研论证;申报项目、筹措资金、自制急需的仪器设备;根据研究需求跨学科学习、补充知识的不足。很快,实验室就变成了动物饲养场,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。
 
干事业需要人才,任露泉决定组建包含机械、生物、土壤、材料等学科的科研团队,并跨学科招收研究生。而后,他带领由十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,探索出了多种不同类型动物遇黏不粘的机理,研究工作取得了重大突破:发现了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;发现了身体由多层次的柔性部分构成的动物,如田鼠等具有脱附功能;并揭示了一些动物具有的特殊的几何形体,如爪趾构形、体表结构及分泌物所具有的脱附功能的各自机理;并创建了“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载文称,“任露泉教授为中国仿生学研究开拓者之一。”
 
求实,开创工程仿生研究的新领域
 
土壤动物脱附理论上的突破,不是任露泉的最终目标,进行这项研究的目的和出发点是解决工农业生产中土壤黏附机械的重大技术难题。为此,他带领团队立即投入到把土壤动物的脱附功能移植到地面机械上来的实质性研究中。
 
在新的攀登征途上,任露泉带领团队,开始用所创建的理论,针对不同触土部件的结构特点、作业规律和作业环境,寻找将生物的脱附机理用到机械上的设计方法、制造技术和测试技术上,以达到实际应用。他结合大量实验与论证撰写出《试验优化设计与分析》一书,提出广义试验设计的数学思想和试验的方案设计与结果处理的优化方法,运用这些方法大大提高了试验的质量和效率。这本书在国内已被作为工具书广泛应用。
 
随着仿生非光滑、仿生柔性和仿生电渗等脱附减阻设计方法、制造技术和测试技术的诞生,运用这些仿生设计方法、制造技术,任露泉带领团队又研制出了具有脱附减阻功能的犁壁、镇压辊、深松铲、挖斗及表面电渗落料斗等多种仿生机械部件,并已开始将所发明的仿生设计方法、仿生制造技术向其他非土壤介质的领域拓展,研发自洁表面、防粘模具、不粘炊具、减摩活塞等仿生技术与产品,取得了系列性的创新研究成果。这些成果已在全国9个省24个单位的农业机械、工程机械、矿山机械、冶金机械、电力机械等多个行业得到实际应用,取得显著的经济和社会效益。
 
与此同时,任露泉开辟的地面机械仿生脱附减阻领域已成为国内外仿生研究的前沿与热点。比利时布鲁塞尔大学、日本京都大学、泰国亚洲理工大学正在跟踪研究任露泉科研团队的仿生成果。
 
求高,为工程仿生学科的发展奠定基础
 
任露泉的研究工作并未就此画上句号,他正带领团队,将仿生技术向更广的领域和更高的层面拓展,积极为工程仿生学科的发展奠定基础。他的着眼点已逐渐从单纯解决土壤黏附问题提升到占领工程仿生研究前沿、推动仿生学科发展的高度,并为此结合研究做了许多基础性工作。
 
为推动工程仿生学研究,任露泉非常重视仿生人才的培养。他对学生要求十分严格,研究项目全部要真题真做,提倡独立思考与学术交流相结合,每两周要召开一次内容明确、充实的学术研讨会。虽然他自己已有很成熟、很超前的想法,但每次都是鼓励学生先讲。这种学术研讨会一直延续至今。他带出的36名博士(后)、19名硕士中已有15人被遴选为博士生导师,1人获国家杰出青年基金,1人获中国青年科技奖,4人被评为教育部跨(新)世纪优秀人才。
 
为了给人才培养、科学研究和成果转化提供更好的条件,任露泉投入大量精力,先后主持创建了“地面机械仿生技术教育部重点实验室”、“吉林省地面机械仿生技术与仿生功能材料中试基地”、“仿生科学与工程”博士点和国家“985工程”仿生科技创新平台,它们已成为国内外有重要影响的仿生研究基地。
 
任露泉还结合仿生学研究,积极倡导国内外学术交流,积极参与或主持重要的学术活动。他作为吉林大学农业机械化工程国家重点学科和仿生科学与工程博士点的学科带头人,多次参与国家学科战略研讨。他在国内外12个学术组织任重要职务,是两个被EI Compendex收录的学术刊物的主编和两个被EI Web收录的学术期刊的副主编,担任亚洲农业工程学会副主席、国际地面车辆系统学会中国国家代表,与多个国际知名学者开展有效的科技合作,主持多项国际合作项目。为了更好地交流和传播仿生工程的创新性研究成果,他创办了国际性学术刊物Journal of Bionic Engineering,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编委会。该刊创办3年就被EI Compendex收录。
 
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