中国仿生机器壁虎“神行者”(自然界壁虎的启发 机器壁虎“神行者”的理论研究方向)

美国仿生机器壁虎“粘虫”(原理： 机器壁虎未来：)

简介：

仿生机器人壁虎

Simulation Robot Gecko "Speedy Freelander"

珠海新概念航空航天器有限公司李晓阳博士和他领导的研究组，2008年11月15日研制成功仿生机器人壁虎“神行者”。

中国仿生机器壁虎“神行者”

仿生机器壁虎“神行者”作为一种体积小、行动灵活的新型智能机器人，有可能在不久的将来广泛应用于搜索、救援、反恐，以及科学实验和科学考察。据李晓阳博士介绍，这种机器人壁虎，能在各种建筑物的墙面、地下和墙缝中垂直上下迅速攀爬，或者在天花板下倒挂行走,对光滑的玻璃、粗糙或者粘有粉尘的墙面以及各种金属材料表面都能够适应，能够自动辨识障碍物并规避绕行，动作灵活逼真。其灵活性和运动速度可媲美自然界的壁虎。

自然界壁虎的启发

在自然界，壁虎依靠神奇的四脚静止时紧紧吸附，移动时轻松脱离。许多对壁虎脚足刚毛的研究认为，壁虎之所以能够攀檐走壁，完全是壁虎脚与攀爬对象之间“范德华力”作用的结果。因此，多年来各国科研人员都致力于用纳米材料来模仿壁虎脚刚毛，并制造了各式各样的“机器壁虎”。然而，这些“机器壁虎”大都只能局限于在光滑的物体表面缓慢移动，需要外接电源和控制装置，无法有效控制“强吸附”、“弱脱附”过程以及运动方向，更不能克服万有引力的作用倒立在天花板下运动。

机器壁虎“神行者”的理论研究方向

珠海新概念航空航天器有限公司的科技人员认为：人类之所以能够走跑跳，绝非仅仅是因为人类有一双脚，壁虎也一样，脚只是生物测量传感综合分析运动系统的执行终端而已。因此，仅仅研究和模仿壁虎的脚及其表面能力是东施效颦，不可能造出有实用意义的机器壁虎。通过长期的探索研究，珠海新概念航空航天器有限公司的科技人员提出并建立了机器壁虎创新科学理论及其实现技术，而机器壁虎“神行者”则是基于该理论及其实现技术的初步产物。

美国仿生机器壁虎“粘虫”

美国仿生机器壁虎“粘虫”(Stickybot)，由美国斯坦福大学教授马克·库特科斯基的研究小组开发，足底长着人造毛(由人造橡胶制成)。这些微小的聚合体毛垫能确保足底和墙壁接触面积大，进而使范德瓦尔斯粘性达到最大化。

美国五角大楼已有兴趣开发爬行手套和爬行鞋，这些都是受壁虎的活动启发。库特科斯基表示，“粘虫”式机器人还可作为行星探测器或救援装置使用。

原理：

参与研制这种机器人的科学家Mark Cutkosky解释了这种神奇吸力手的原理，在每个吸力手上，都有数百万根由人造橡胶制造的毛发，每根细毛的直径大约只有500个纳米左右，比人类的毛发还细很多，每根这种毛发的长度则只有不到2微米，这使得“粘人”的吸力手能非常的接近玻璃壁的表面，这样的结构还能够使得人造橡胶毛发中的分子和玻璃壁分子的距离异常接近。此时，两者的分子们之间会产生一种奇异的自然现象，分子弱电磁引力，也叫“范德瓦尔斯力”。每一对这种力大约可以帮助毛发产生抓起一只蚂蚁的力量。

虽然每一对力并不大，但是数百万根毛发产生的这种吸力却能够产生惊人的力量。根据斯坦福大学分子物理学科学家们的研究，2平方毫米大小内的100万根这样的毛发就能够支持提起20公斤重量。所以要让机器人能够附着在直壁上，吸力手只需要增大分子接触面。

在每根毛发的末梢，还有上千根更加细小的毛发分枝，每根毛发分枝的前端又有一个分叉。无数的这种“范德瓦尔斯力”集合起来，“粘人”机器人也就自然能在墙壁上行走了。事实上，壁虎也是使用了手掌上数百万级的被称为“刚毛”的毛发完成同样的工作的。

机器壁虎未来：

这项发明可不仅仅是为了乐趣，Mark Cutkosky表示，由于“粘人”机器人的爬墙能力并不像此前，利用真空吸盘靠大气压力吸附在垂直壁上的机器人那样依赖大气压，所以这种新机器人在将来可以用在太空探索、空间卫星维修和特殊环境的救险中。

此外“粘人”机器人也引起了美国军方的关注，他们希望能够进一步开发这种产品，让它们能为特种作战的士兵提供爬行手套和爬行服装。