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爬岩鳅微刺结构、吸附仿真分析及仿生吸爬机器人Climbot
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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与清华大学、香港大学、中国科学院成都生物研究所以及中国医科大学展开合作，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Climbot，该机器人可实现对运动中的遥控船底的紧贴吸附，以及在水下壁面的滑行。相关研究成果发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）。
8 P" t, s9 P1 J* ~ T# D爬岩鳅被称为"水下壁虎"，在水中能够以相当于自身重量1000倍的吸附力吸附固定于壁面，还能以每秒7.83倍体长的速度进行快速壁面滑行。研究团队发现，爬岩鳅具有这种独特的吸附-滑行行为能力的秘密在于其吸盘边缘上的微刺结构。这些微刺使爬岩鳅与壁面接触区域间的水层在微通道中流动受限，产生粘附效应，变成“胶水”，将吸盘紧贴于壁面，形成动态水密封的状态。爬岩鳅既可以通过柔软的腹部被动变形抵消外界施加的脱附力，也可以通过主动收缩腹部形成强大的吸附力，使其锚定在某个位置。同时，爬岩鳅接触界面上的水层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边吸附边滑行。这种巧妙的机制使得爬岩鳅能够很好地平衡大吸力吸附和快速滑行运动之间的矛盾。
& B* o8 c1 |. _6 H: q3 ]根据爬岩鳅紧密吸附-快速爬行的行为机理，研究团队开展仿生机器人研究，通过微纳光刻及翻模技术成功制作了“仿生微刺”，将其耦合到软材料3D打印成型的“仿生吸盘”上，同时集成了驱动和控制单元，设计制作了水下壁面吸-爬机器人Climbot。该水下仿生吸爬机器人可以在运动的遥控船底表面紧贴吸附，并在水下壁面快速滑行。0 X' d* ~) p2 V
该研究成果展示了一种全新的水下机器人壁面吸-爬运动模式，在海洋科学、海洋环境监测以及海洋工程等领域拥有广泛的应用前景。( i7 V0 x2 C. {) L% c" I/ b
该研究得到了国家自然科学基金、辽宁省科技人才与自然科学基金、机器人学国家重点实验室自主课题、清华大学自主科研计划等项目的支持。
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4 o5 {8 C7 A, T爬岩鳅吸附在水下岩石表面( O6 _9 D- q) K- d
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信息来源：中国科学院沈阳自动化所 机器人学研究室。
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