北航团队探秘“水下壁虎” 仿生应用潜力大

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新华社北京9月21日电(记者李江涛)9月21日，《科学》杂志机器人副刊《科学机器人》发表了由北京航空航天大学李文研究组牵头、哈佛大学合作的研究团队的最新研究成果——仿生鱼软式吸盘机器人。

由北京航空航天大学李文副教授领导的国际合作小组近日揭示了鱼软式吸盘(除印加鱼外)的仿生原理，并首次制作了仿生机器人样机。

据文力介绍，鱼(印加鱼旁边)在游泳时可以通过头上的吸盘迅速吸收鲨鱼、海豚、海龟和其他海洋生物。生物学家生动地称这种行为为“搭便车”，从而减少了鱼(印加鱼除外)的能量消耗。它头上的吸盘是从背鳍进化而来的，被生物学家称为“脊椎动物解剖学中最奇妙的结构之一”。

据了解，这项研究涉及许多研究领域的交叉，包括生物力学，材料，化学和机器人学。这个项目持续了4年。通过环境扫描电子显微镜和高速摄像机同步运动跟踪，获得了鱼吸盘(印加鱼除外)的宏微观结构和运动模式。

研究团队进一步利用复合多材料三维印刷技术实现了一体化印刷成型，吸盘原型材料的刚度跨越了三个数量级。同时，碳纤维硬脊(底部直径为270微米)通过高精度激光加工技术制成，并嵌入复合材料的原型鳍中。同时，研究组采用轻质防水的软纤维增强直线驱动器，实现鱼吸盘(印加鱼旁边)内鳍的微动。仿生样机在光滑表面产生340倍的吸附力，在粗糙表面产生约100倍的自重。虽然这个机器人有相当大的吸附力，但它不会损坏吸附表面。它在国防科技、水下救援、海洋生态探测等军事和民用领域都有很好的应用前景，可以发挥重要作用。

该研究小组还首次揭示，由于吸盘内部鳍片的主动抬升、鳍片上的小硬刺以及软组织的协同作用，鱼(印加鱼除外)可以吸附在多尺度的粗糙表面上。

通过将仿生原型集成到水下机器人中，研究人员实现了类似于鱼(印加鱼除外)的游泳-吸附-分离。本研究不仅从生物力学角度揭示了鱼(印加鱼除外)的吸附机理，而且为未来的水下仿生软机器人和低功耗水下吸附装置提供了新的思路。