目前，壁面移动式机器人的吸附方式可以归纳为两种:真空吸附和磁吸附。真空吸附要求壁面要有一定的光滑度，越障能力低。磁吸附只适用于导磁性壁面。所以，开发能够稳定吸附于各种表面并能灵活移动作业的壁面机器人是十分必要、也是迫切需要的研究课题。壁虎能在光滑的墙壁上行走自如甚至能贴在天花板上，因此研究壁虎的运动机能和器官结构、研制仿生机械壁虎具有非常重要的意义。

近日，韩国庆北国立大学和东亚大学的研究团队在壁虎足部微妙粘附力的启发下，成功研发出一种先进的机器人技术。该技术能够在不损坏物品的情况下，拾取和释放脆弱的材料，实现在易碎物体表面上行走。这项突破性的研究成果已发表在《先进材料科学与技术》上，研究人员希望它可以应用于工业制造方面。

壁虎足部的粘附力一直是科研焦点

仿生机械是模仿生物的形态、结构和控制原理而设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。研究仿生机械的学科称为仿生机械学，它是二十世纪60 年代末期，由生物学、生物力学、医学、机械工程、控制论和电子技术等学科相互渗透、结合而形成的一门边缘学科。

在自然界中，生物通过物竞天择和长期的进化，对自然环境已具有高度的适应性。它们的感知、决策、指令、反馈、运动等机能和器官结构，远比人类曾经制造的机械更为完善。

模仿生物形态结构创造机械的技术有悠久的历史。十五世纪，意大利的艺术家兼科学家列奥纳多·达·芬奇认为人类可以模仿鸟类飞行，并绘制了扑翼机图。到十九世纪，各种自然科学有了较大的发展，人们利用空气动力学原理，制成了几种不同类型的单翼机和双翼滑翔机。1903 年，美国的莱特兄弟发明了飞机。

壁虎足部的粘附力一直以来都是科学家们研究的焦点。壁虎足部干燥但粘稠的秘密在于其表面覆盖的微小毛发，这些毛发长约100微米，直径约5微米。每根毛发都分成许多分支，末端呈现出扁平的三角形垫，被称为抹刀。这些抹刀的尺寸非常小，以至于它们的分子与壁虎攀爬表面的分子相互作用，产生微弱的吸引力，称为范德华力。这种力量足以将壁虎固定到位。

壁虎的这种粘附能力引起了广大研究人员的关注，并激发了其在机器人技术中的应用。一种模仿这种机制的人造蘑菇状干粘合剂已被用来自动拾取材料。然而，将粘合剂从材料表面分离所需的力可能会导致其损坏，特别是在玻璃等易碎材料的情况下。 该研究文章的第一作者Seung Hoon Yoo解释说：“让粘合剂轻松剥离一直存在问题。” “为了在机器人系统中利用这些粘合力，机器人不仅要能够拾取物体，而且要能够轻松地与物体分离，以将物体留在所需的位置。”

基于壁虎仿生结构的机器人

自机器人诞生以来，由于机器人有着代替人类作业的潜能，机器人技术就开始迅速的发展，并广泛应用于工业、军事、医疗及服务等行业。机器人功能的实现离不开其执行末端刚性机械手，但传统刚性机械手在应用于易碎、精密产品进行拾取时，由于其自身的刚性结构，使其尽管在借助于复杂的视觉、触觉、力传感系统以及精密的驱动控制系统的条件下，依然难以避免与产品间刚性接触，从而对易碎、精密产品造成一定的损坏。

然而，柔性拾取末端因其自身的柔性可完全避免对易碎、精密产品造成损坏。此外，柔性拾取末端利用其自身固有的顺应性通过简单的控制还可以实现对不同形状以及易形变的物体进行拾取，相对只能针对某种特定形状的物体进行拾取的刚性拾取末端具有不可比拟的优势。

因此，柔性拾取末端为传统的拾取末端在对易碎、精密、形异及易形变物品的拾取开辟了新的途径，研究团队提出一种基于壁虎仿生结构的磁控柔性拾取末端：由用于粘附拾取对象的干粘附结构和用于包裹拾取对象的磁性薄膜致动器两种结构耦合而成。

在他们的研究中，研究小组通过使用由软硅橡胶制成的真空驱动装置解决了这个分离问题。为了在不损坏正在移动的易碎物体的情况下剥离干粘合剂，他们还引入了一种新的剥离方法。这种方法涉及扭转和提升运动，将干燥的粘合剂从玻璃表面拉下来，而不对其造成任何损坏。研究人员发现，这种扭转运动的增加导致分离所需的力减少了十倍，这在处理精致材料时至关重要。通过将他们的传输系统连接到机械臂上进行测试，研究人员证明它可以从倾斜表面拾取精致的玻璃盘，将其移动到不同的位置并轻轻地将其放下，而不会对其造成任何损坏。

该研究的作者之一Sung Ho Lee表示：“我们预计这项研究将会引起业界极大兴趣，因为许多公司对使用干粘合剂进行组件的临时连接和移动非常感兴趣，特别是在机器人应用中。”他补充说，他的团队希望通过将其应用于实际的工业应用并开发更先进的模型，成为研究和工业之间的桥梁。

或可对抗 4500 吨太空垃圾

太空垃圾是指在绕地球轨道上运行，但不具备任何用途的各种人造物体。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣，大到在发射后被遗弃的多级火箭。它们有撞击其它航天器的风险，某些太空垃圾在返回大气层时也会对地面安全造成威胁。由于太空垃圾以轨道速度运行，若与它们相撞可能会严重损坏尚在运作的航天器，甚至威胁到宇航员在舱外活动时的生命安全。随着太空探索的推进，太空垃圾的数量逐年递增，所带来的问题日益受到关注。

要整理干净这些这些碎片非常困难，因为它们存在于太空之中，而效率较高德吸盘不能在真空中工作。传统的胶带这类用来粘东西的物品，基本上也没用，身为化学物质它们并不能承受极端的温度变化。磁铁呢，又只对本身具有磁性的物体起作用。大多数的解决方案，包括鱼叉（用抓鱼的工具去抓太空垃圾，听起来有点酷）在内，都需要与碎片产生强有力的相互作用，这又可能把它们推向意想不到的不可预知的方向。总之，在传统工具的面前，这是个不可能完成的工作，否则也不会有那么多垃圾在太空了。

这种新型壁虎机器人抓取器，可以用来抓取和处理碎片。他们受到壁虎的启发，壁虎脚上有千万计的细小绒毛，与物体接触时由于分子间引力就会像磁铁一样吸在上面。粘性足趾帮助它紧贴于墙壁、天花板，甚至正在遭受龙卷风袭击的树叶之上。由于粘着力特别强劲，科学家早已着手研究可用于太空、水下与外科手术中的新型粘料或粘合剂。

抓手在正面和手臂上都有一个格子状的方格，上面有细的粘合带，可以折叠起来，朝中间的机器人移动，就像它提供一个拥抱一样。栅格可以像太阳能电池板一样粘在平面物体上，手臂可以像火箭一样抓住弯曲的物体。研究人员通过将小正方形与滑轮系统连接起来，从而达到锁定和解锁垫子的目的。如果没有这个系统，不均衡的压力会使方块一个一个地松开，直到整个夹子松开。这种负载共享系统还允许夹持器在有缺陷的表面上工作，防止一些正方形被卡住。

“这项（技术）将会惠及很多太空任务，比如航天器会合、对接，以及轨道垃圾清理。”研究成员说，“此外，我们最终也可以开发一种能够在航天器上爬来爬去的爬壁机器人助手，让它从事修理、拍摄以及检查漏洞的任务。”

文章来源： 机器人大讲堂，西安交通大学，道客巴巴，沉都都都