近日，海南大学机电工程学院汝绍锋副教授团队在新型木材加工刀具及天然橡胶割胶技术领域取得系列研究进展。团队基于啄木鸟喙部生物仿生学原理，系统性地开展了旋转式木材切削刀具的设计、机理分析与性能优化研究，并对传统V形割胶刀的切削机理进行了深入探索。相关成果连续发表在国际期刊《Journal of Wood Science》《Journal of Bionic Engineering》及《International Journal of Forest Engineering》上。

天然橡胶是重要战略物资，其获取依赖于对橡胶树树皮的精准切割。然而，沿用百年的传统V形推刀存在劳动强度大、切割质量一致性差等问题。受啄木鸟高效、低损伤啄木行为的启发，团队开展了系统的仿生设计与机理研究，旨在为传统农业与木材加工行业提供新型技术方案。

首项研究聚焦于传统割胶工具的性能表征。通过模拟割胶试验，探究了不同V形夹角（80°、83°、90°）的推刀在不同切削速度下的切削行为。结果表明，83°刀具在所有测试速度下均能获得最佳切削表面质量，而90°刀具磨损最小。综合评估后确定，83°刀具配合90 mm/min的切削速度为最优操作组合。该成果为智能割胶装备的刀具选型提供了关键基础数据。成果以“Influence of the V-shaped rubber knife of natural rubber trees on the quality of cut wood”为题发表于木材科学经典期刊《Journal of Wood Science》（2025）。

第二项研究基于啄木鸟喙部形态，设计并制备了两种旋转刀片，分别为啄峰刀片（BEB）及喙尖刀片（TBB），系统评估了其在不同切削速度和TiCN涂层下的性能。研究发现：低速（5 mm/s）切削时，无涂层BEB刀片能耗最低；高速（15 mm/s）时TBB构型更具优势；涂层在中速（10 mm/s）时可同时降低切削力与能耗。磨损机制主要为纤维粘附与边缘崩刃。该研究为深度敏感的精密割胶刀具设计提供了新路径。成果以“Analysis of Wear Mechanisms and Cutting Surface Performance in Bioinspired Woodpecker-Beak Rotary Blades for Wood Machining”为题发表于仿生学旗舰期刊《Journal of Bionic Engineering》（2026）。

第三项研究在前期基础上引入第三种鸟喙刀片（BEB-U）刀片，并且增加厚度作为变量，通过全因子实验确定了最优参数组合：厚度3 mm的BEB-U刀片，在切削速度20 mm/s、转速1500 r/min时表现最佳。在实际橡胶树割胶测试中，所有仿生旋转刀片的峰值切削力均低于5 N，较传统V形推刀（36.56 N）显著降低89%~95%。磨损分析表明，BEB-U刀片耐磨性最优。成果以“Design and experimental optimization of a bio-inspired beak-shaped blade for superior natural rubber tapping performance”为题发表于国际森林工程期刊《International Journal of Forest Engineering》（2026）。

我院汝绍锋副教授团队在仿生木材加工与橡胶割胶技术领域的研究，从传统机理分析、仿生设计与磨损机制研究，再到多目标优化与实际应用验证，形成了一条完整、系统的创新链条。系列成果不仅为提升我国天然橡胶产业的自动化水平和可持续发展能力提供了关键技术支撑，也为高效、低损伤木材切削刀具的仿生设计建立了新的理论范式。研究得到国家自然科学基金（52305251）项目的资助。

一审：颜子钦

二审：汝绍锋

三审：张喜瑞