揭示爬岩鳅"水下壁虎"吸附-滑行机理，启发水下机器人新运动模式 | NSR

国际科技财经博客移民网络热点娱乐民生时事公众号

Redian新闻

>公众号

公众号新闻

2023-09-25 03:09

海归学者发起的公益学术平台

分享信息，整合资源

交流学术，偶尔风月

水下的"交通"方式充满多样性，包括各种姿态游动的鱼类、喷射前进的水母、吸附在其他生物身体上“搭顺风车”的鮣鱼，还有一种被称为"水下壁虎"的生物——爬岩鳅。这种生物拥有独特的能力，它可以在水中壁面上像滑冰一样快速滑行，也可以顶着水流爬行，还能够以很大的吸附力贴附在某个位置。

近日，中国科学院沈阳自动化研究所类生命机器人研究团队在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）发表论文，揭示了爬岩鳅紧密吸附-快速爬行运动的机理，并设计了一种水下仿生吸-爬机器人。该机器人能够实现对船底表面的紧贴吸附及滑行。

研究指出，爬岩鳅能够以相当于自身重量1000倍的吸附力进行吸附，且能以每秒7.83倍体长的速度进行快速滑行。然而大的吸附力和灵活快速的滑行之间存在相互制约的矛盾，因为通常情况下，大的吸附力往往意味着大的表面接触应力，从而限制灵活运动的实现。因此这种独特的水下吸附-爬行运动机理一直是一个谜题，并且水下机器人研究领域一直在寻求实现这种运动方式的方法。

水下可逆吸附一般均采用负压吸附方式，爬岩鳅也如此，为什么鮣鱼、章鱼等采用负压吸附的吸附系统，不能在表面滑行，而爬岩鳅却可以呢？

爬岩鳅具有这种独特的吸附-滑行能力的秘密在于其吸盘边缘上的微刺结构。这些微刺直径为4-6微米，长度为12-14微米，它们能够在Stefan力的作用下将接触区域的水层变成"胶水"，从而将吸盘紧贴在表面上，形成动态水密封。这个密封吸盘既可以通过柔软的腹部被动变形抵消外界施加的脱附力，也可以通过主动腹部收缩，形成强大的吸附力，使其锚定在某个位置。同时，接触界面上的水膜还可以在运动过程中充当"润滑膜"，减小摩擦阻力，有利于在壁面上实现吸附滑行。这种巧妙的机制使得爬岩鳅能够平衡实现大吸力粘附和快速滑行运动之间的矛盾。