美國科學(xué)家表示能夠像蜘蛛俠一樣在建筑物上攀爬將在不久后成為現(xiàn)實(shí)。目前，科學(xué)家正使用一種特殊材料制造粘性手套和鞋子，能夠讓穿戴者粘在墻壁上并任意攀爬?，F(xiàn)已在一個(gè)小型機(jī)器人身上成功測試。

仿生壁虎腳-簡介

壁虎腳機(jī)器人能飛檐走壁

斯坦福研究設(shè)計(jì)中心副主任、機(jī)械工程教授馬克·卡特科斯基領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和美國其他大學(xué)合作，經(jīng)過研究壁虎腳趾的構(gòu)造，歷時(shí)5年制造出一種黏腳機(jī)器人——Stickybot，其能在光滑的玻璃墻壁上行走自如。

仿生壁虎腳-原理

他們從壁虎身上獲得靈感，開發(fā)出一種新型織物，現(xiàn)已在一個(gè)小型機(jī)器人身上成功測試。測試中，機(jī)器人順利在玻璃、金屬等光滑表面攀爬。工程師希望將他們的設(shè)計(jì)“按比例放大”，為人類打造蜘蛛俠般的攀爬裝備。據(jù)悉，這項(xiàng)研究是一項(xiàng)代號“Z-Man”的計(jì)劃組成部分。壁虎之所以具備藐視地心引力的能力歸功于腳趾上的微毛。微毛能夠增大接觸面，形成一種“單向粘合劑”。壁虎每爬行一部都可產(chǎn)生這種粘力，但只要朝其他方向移動，粘力便消失。

過去10年時(shí)間里，技術(shù)人員一直潛心研究，開發(fā)強(qiáng)度足以實(shí)現(xiàn)垂直攀爬的人造粘性材料。經(jīng)過不懈努力，美國加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的研究人員最終開發(fā)出一種類似橡膠的材料，上面覆蓋數(shù)千根微小的聚合纖維用以模擬壁虎的微毛。壁虎的微毛被稱之為“剛毛”，直徑只有人發(fā)的十分之一。

壁虎腳趾包含很多學(xué)問，堪稱一種干性黏合劑。壁虎腳趾上有數(shù)百個(gè)拍狀突起，稱為皮瓣，每個(gè)皮瓣上都生有數(shù)百萬剛毛，比人的頭發(fā)要細(xì)10倍。在顯微鏡下面，能看到每一個(gè)剛毛末端又分成數(shù)百個(gè)直徑只有幾百納米的更細(xì)的鏟狀絲，稱為鏟狀匙突(spatulae)，能和攀爬物表面的分子發(fā)生引力作用。

壁虎腳趾上細(xì)絲和墻壁分子引力之間的這種相互作用稱為范德華力，這種引力能使它在玻璃上僅用一個(gè)腳趾就支撐起全部身體重量?？ㄌ乜扑够f，這種“黏合劑”還是單向的，只有向一個(gè)方向拉時(shí)，才能黏緊，而從另一個(gè)方向，則很容易取下來。 研究小組用微型模具制出一種類似橡膠的多聚材料微絲，做成黏合劑涂層，涂在為Stickybot專門制作的四只腳上。Stickybot的每只腳約有一個(gè)孩子的手掌大小，它在墻壁上爬時(shí)就會很穩(wěn)定，還能輕松地黏附或提起它的腳，就像一只機(jī)器蜥蜴。

最新型黏合劑仿照壁虎腳趾上的皮瓣和剛毛包含兩層系統(tǒng)，比首批產(chǎn)品的黏合微絲更細(xì)，且只有20微米寬，是人頭發(fā)的1/5，負(fù)荷量也大大提高。Stickybot因此能在豎直的木板、涂漆金屬和玻璃上行走自如。

仿生壁虎腳-作用

這種材料據(jù)說擁有較高強(qiáng)度并且可以重復(fù)使用，同時(shí)不會留下任何殘留或造成損傷。目前，這種材料已在機(jī)器壁虎“Stickybot”身上成功測試。測試中，機(jī)器人順利在玻璃板上攀爬?，F(xiàn)在，科學(xué)家正在研制這種材料的“人用版”，允許人類擁有與壁虎一樣的攀爬能力，即借助這種材料支撐整個(gè)身體。首席設(shè)計(jì)師馬克·庫特科斯基教授表示：“使用吸盤的移動速度緩慢，效率不高，除此以外的一種選擇便是采用干燥粘合，也就是壁虎采用的技術(shù)?！?/p>

壁虎的驚人攀爬能力源于腳趾上的微毛。接觸物體表面時(shí)，微毛可充當(dāng)粘性極高的“單向粘合劑”，如果朝另一個(gè)方向移動，粘性便會消失。仿生機(jī)器人技術(shù)專家?guī)焯乜扑够f：“這種新材料與透明膠帶或者管道膠帶截然不同。如果使用膠帶，你要用力壓，而后再使其脫離表面。使用其他粘合劑則像腳上粘了口香糖，你要用力壓在表面，走路的時(shí)候再用力把腳抬起來。定向粘合則不同，感覺是將自己鉤在表面，脫鉤后便可移動身體?！?/p>

Stickybot外形猶如一只壁虎，也“長”著四只腳，每只腳的尺寸與小孩子的手相當(dāng)。測試中，Stickybot穩(wěn)穩(wěn)地將自己粘在墻面上，可隨意向上攀爬，就像真實(shí)的壁虎一樣。斯坦福大學(xué)表示，開發(fā)強(qiáng)度足以承受人類體重的粘性材料的努力正在進(jìn)行當(dāng)中。Stickybot“長”有粘性腳趾和敏捷的尾巴，在墻壁上的攀爬幾乎與壁虎一模一樣。美國國防部的高級研究計(jì)劃為這款機(jī)器人的研制提供了資金支持。

卡特科斯基指出，因?yàn)轲ず蟿┦菃蜗蜃饔玫模琒tickybot還需要旋轉(zhuǎn)腳，我們準(zhǔn)備給它安裝一個(gè)像壁虎那樣的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。當(dāng)向下爬或者在墻壁上頭沖下，Stickybot的后腳，必然是扭向后的，否則它會掉下來。 研究小組下一個(gè)項(xiàng)目稱為Z-Man，將把這項(xiàng)技術(shù)拓展到特種工作上，讓人類也能利用這種仿生黏合劑飛檐走壁。