离别磁铁和吸盘！我国团队造出生物履带让机器人成水陆两栖壁虎

  在仿生机器人接连获得打破之际，我国团队完结了一项要害的才能融合。他们成功研制出全球首个能稳健完结水空界面无缝穿越的仿生攀爬机器人。

  这项来自西安交通大学研讨团队的打破性效果，于近期宣布在国际威望期刊《Science Advances》上，为处理机器人如安在杂乱多变、乃至充溢危险的实在环境中安稳作业这一难题，供给了一个精巧的仿生学计划。

  它既能在地上巡查，也能在墙面、天花板上攀爬；既能在枯燥的室内作业，也能潜入水下执行使命；面临金属、玻璃、瓷砖等不相同的原料的外表，都应能全盘吸收，牢牢吸附。

  这类机器人有望代替人类，在核电站管道查看、灾祸现场救援、水下设备监测等高危险或人力难以抵达的场景中大显身手。

  但是，实践中的大多数攀墙机器人却是个偏科生。现有的吸附机制各有各的短板：

  更要害的是，当机器人需求从水下爬到空中，或从空中进入水下时，才能就全然损失。就例如从池塘里浮出水面进行观测，动态改变的浮力、阻力以及介质转化带来的杂乱力学环境，极易导致机器人失稳、滑动乃至翻滚。

  面临这些应战，研讨团队将目光投向了天然界中早已把握跨介质附着隐秘的两位大师：壁虎和章鱼。

  壁虎能在润滑的玻璃上飞檐走壁，其诀窍在于脚底布满的、微米级的分叉刚毛。这些刚毛经过范德华力与触摸面发生强壮的吸附力，这种力对资料不灵敏，在枯燥环境下十分有用。

  章鱼则能在水下牢牢捉住各种猎物，乃至是在笔直的壁面上移动，依托的是触手上的吸盘。吸盘经过排空腔体构成负压发生吸附，相同不受资料约束，特别拿手水下环境。

  他们发明性地规划了一种名为空心蘑菇状粘附微结构（HMSAMS）的特别单元。这种结构顶部有一个像壁虎刚毛相同的蘑菇状帽檐，用于发生范德华力；一起它又是空心的，像章鱼吸盘相同能构成负压。

  试验数据标明，一块由这种微结构组成的贴片，在枯燥环境下能到达约240千帕的法向吸附强度，在水下乃至能提升到 约290千帕。

  这相当于每平方厘米能够提起约3公斤的重物。在实践演示中，一小块贴片就能轻松吊起砝码、特氟龙板等各类物品。

  更奇妙的是，这种粘附力性价比极高。只需施加很小的预压力（比方用手悄悄一按），就能激宣布巨大的吸附力，吸附力与预压力的比值最高可达近800倍。

  这意味着机器人能用很小的能耗就完结结实附着，这对需求长期作业或带着有限动力的机器人来说至关重要。

  仅有强力的粘附性还不行。怎么让机器人像真实的壁虎或章鱼相同，在剥离时不易掉落，在高低外表也能严密贴合？

  壁虎的脚毛和章鱼的吸盘都是离散散布的，这种结构能有用阻挠吸附界面裂纹的扩展，避免一处失效导致整个脚掌掉落。

  受此启示，研讨团队没有将粘附微结构铺满整个履带，而是将其制作成一个个离散的贴片，并像“核壳”相同，在柔软的粘附层下嵌入一小块坚固的陶瓷片。

  这仿照了壁虎脚趾中的骨骼和章鱼触手中的软骨功用，能够优化应力散布，极大地提升了抗剥离才能。试验显现，带有这种硬核的贴片，其剥离阈值（即被撕下来所需的力气）比传统接连软层规划高出138%以上。

  为了让机器人能习惯不平坦的外表，团队又在履带基底中规划了一排排离散的柔软柱状结构。

  这模拟了生物肌肉的柔软性和变形力，使得整个履带在微观上能像章鱼的触手相同，曲折、贴合在曲面或高低不平的物体上，大大增强了触摸习惯性和安稳性。

  机器人本体重约485克，依托两个主动轮驱动，并由一个负压吸附体系供给轻柔的预压力以激活履带的粘附力。

  最精彩的，是穿越水-空气界面。机器人能以不同的视点，从水下沿着墙面“走”出水面，也能够从空气中爬入水下，进程平稳流通，没再次出现打滑或翻滚。

  √狭隘空间络绎：在宽度仅10厘米的笔直缝隙或矮小管道中穿行，完结空间受限的使命。

  这项研讨最值得称道的，不仅是它发明了一个能飞檐走壁且入水不沉的机器人，更是它供给了一种融合多种生物才智、经过精巧的被动式机械结构规划来处理杂乱工程问题的范式。

  它无需杂乱的电子传感和实时力反馈操控，仅凭资料与结构的赋性，就完结了高性能、低能耗、高习惯性的吸附与运动。

  能够预见，跟着仿生学、资料科学与机器人技能的进一步融合，未来将有更多“师法天然”的机器人走出试验室，潜入深海、攀上高塔、络绎于咱们难以企及的旮旯，成为人类探究与看护国际的得力同伴。

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